Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра теоретических основ электротехники
ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ  В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯХ

Методические указания и задания к  курсовой и расчетно-графическим работам
для студентов специальности
5В071900- Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Алматы 2014

СОСТАВИТЕЛИ: З.И. Жолдыбаева, Е.Х. Зуслина  Теория электрических цепей в телекоммуникациях. Методические указания и задания к   курсовой и расчетно-графическим  работам для студентов специальности 5В071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АУЭС, 2014.-  16 с.

Методические указания и задания содержат требования к выполнению и оформлению курсовой и расчетно-графической  работ, задания, схемы и параметры электрических цепей. Методические указания и задания соответствуют рабочей программе дисциплины по выбору «Теория электрических цепей в телекоммуникациях» для студентов  специальности 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

           Ил.16 , табл.11 , библиогр.-8-назв.

Рецензент: доцент АУЭС  С.А.Калиева

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества

«Алматинский университет энергетики и связи» на 2014 г.

Ó «НАО Алматинский университет энергетики и связи», 2014 г.

Введение

Дисциплина «Теория электрических цепей в телекоммуникациях» является дисциплиной по выбору для студентов  специальности 5В071900 –Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

Целью выполнения курсовой работы «Переходные процессы в линейных электрических цепях»  и расчетно-графической работы «Расчет переходных процессов спектральным методом» является изучение переходных процессов в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами.  Курсовая работа посвящена расчету переходных процессов классическим,  операторным методами и с помощью интеграла Дюамеля. Расчетно-графическая работа посвящена анализу электрических цепей спектральным методом.

Задача курсовой и расчетно-графической работ – на  основе знаний качественных и количественных сторон процессов,  происходящих в различных электротехнических устройствах, подготовить студента для успешного и грамотного решения задач, которые ставят специальные радиотехнические дисциплины.

Решение курсовой и расчетно-графической работ  имеет исключительное значение для формирования научного кругозора специалистов и помогает студентам проверить степень усвоения ими курса «Теория электрических цепей в телекоммуникациях», вырабатывает навык четко и кратко излагать свои мысли

В результате выполнения курсовой и расчетно-графической работ студент должен освоить: классический метод расчета переходных процессов; операторный метод расчета переходных процессов; интеграл Дюамеля; спектральный метод расчета переходных процессов.

1 Курсовая работа «Переходные процессы в линейных электрических цепях». Задание 1. «Расчет переходных процессов в линейной электрической цепи классическим методом»

Цель задания 1 курсовой работы: получение навыков расчета переходных процессов классическим методом.

В момент времени  в цепи, подключенной к источнику постоянного напряжения U0, происходит коммутация.

1.1 Согласно своему варианту, выбрать схему электрической цепи и ее параметры (см. таблицы 1.1, 1.2).

1.2 Рассчитать заданное в таблице 1.3 значение переходной величины классическим методом.

    Т а б л и ц а 1.1

Год поступления

Первая буква фамилии

Четный

ЭЮЯ

ЧШЩ

ХФЦ

СТУ

ОПР

МН

КЛ

ЖЗИ

ГДЕ

АБВ

Нечетный

АБ

В

ГД

Е

ЖЗ

И

КЛ

МН

ОП

Р

СТ

У

ХФ

Ц

ЧШ

Щ

ЭЮ

Я

Номер схемы

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

1.10

15

10

20

25

15

10

15

20

20

15

   Т а б л и ц а 1.2

Год поступления

Последняя цифра номера студенческого билета

Четный

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Нечетный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

20

15

10

30

10

25

20

15

10

25

30

18

12

25

20

10

15

20

16

10

10

30

25

15

20

25

10

15

25

30

10

12

20

12

10

15

10

15

8

25

10

12

15

5

10

8

6

12

5

15

    Т а б л и ц а 1.3

Год поступления

Предпоследняя цифра номера студенческого билета

Четный

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Нечетный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Определить

 2 Курсовая работа «Переходные процессы в линейных электрических цепях». Задание 2. «Расчет переходных процессов в линейной электрической цепи операторным методом»

Цель задания 2 курсовой работы: получение навыков расчета переходных процессов операторным методом.

          В момент времени  в цепи, подключенной к источнику постоянного напряжения U0, происходит коммутация.

2.1 Согласно своему варианту, выбранному в задании 1 рассчитать заданное значение переходной величины операторным методом.

2.2 Сравнить полученное значение переходной величины с выражением, полученным в задании 1.

          2.3 Построить график зависимости переходной величины от времени в интервале от 0 до (4-5)τmax.

        3 Курсовая работа «Переходные процессы в линейных электрических цепях». Задание 3. «Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях с помощью интеграла Дюамеля»

Цель задания 3 курсовой работы: получение навыков расчета переходных процессов с помощью интеграла Дюамеля.

Произвести изменения в послекоммутационной схеме своего варианта, заменив один из реактивных элементов «L» или «С» на короткозамкнутый участок (см. таблицу 3.3). В результате замены получится схема с одним реактивным элементом. На вход цепи подается импульсное воздействие (см. рисунки 3.1-3.4), параметры  и вид которого приведены в таблицах 3.1, 3.2. Длительность импульса t1 выбирается в интервале (2-5)τ, в соответствии с вариантом задания (см. таблицу 3.2). Где τ – постоянная времени переходного процесса для полученной схемы.

3.1 Определить переходную характеристику цепи, соответствующую искомой величине (см. таблицу 3.3) .

3.2 Определить выражение искомой величины в функции времени, используя интеграл Дюамеля.

3.3 Построить график зависимости искомой величины от времени.

      Т а б л и ц а 3.1

Год поступления

Последняя цифра номера студенческого билета

Четный

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Нечетный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

 Вид импульса

3.3

3.1

3.2

3.4

3.3

3.1

3.2

3.4

3.3

3.1

10

0

20

15

15

0

10

10

20

0

 

20

10

10

0

40

30

5

0

30

20

     

            Т а б л и ц а 3.2

Год поступления

Предпоследняя цифра номера студенческого билета

Четный

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Нечетный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

5τ

3 τ

4 τ

5 τ

4 τ

3 τ

4 τ

5 τ

3 τ

4τ

      Т а б л и ц а 3.3

Год поступления

Первая буква фамилии

Четный

ЭЮ

Я

ЧШ

Щ

ХФ

Ц

СТ

У

ОП

Р

МН

КЛ

ЖЗ

И

ГД

Е

АБ

В

Нечетный

АБ

В

ГД

Е

ЖЗ

И

КЛ

МН

ОП

Р

СТ

У

ХФ

Ц

ЧШ

Щ

ЭЮ

Я

Закоротить

C

L

C

L

C

L

C

L

C

L

Искомая величина

(t)

(t)

uR2(t)

iR3(t)

uR3(t)

uR2(t)

(t)

iR2(t)

iR2(t)

uR3(t)

Рисунок  3.1                                                  Рисунок  3.2

   

Рисунок  3.3                                                Рисунок  3.4

4 Расчетно-графическая работа «Расчет переходных процессов в линейной электрической цепи спектральным методом»

Цель расчетно-графической работы: получение навыков расчета переходных процессов спектральным методом.

На вход цепи, полученной для задания 3 курсовой работы, подается импульсное воздействие (см. рисунки 4.1,4.2), параметры  и вид которого приведены в таблицах 4.1, 4.2.

4.1 Определить спектральную плотность U (jω) входного напряжения u(t), построить  его амплитудно-частотную (АЧХ) и фазо-частотную (ФЧХ)

характеристики.

 4.2 Определить комплексную передаточную  функцию цепи ,

соответствующую искомой величине (см. таблицу 4.3); построить ее амплитудно-частотную (АЧХ) и фазо-частотную (ФЧХ) характеристики.

          4.3 Определить спектральную плотность искомой величины.

          4.4 По найденной спектральной плотности найти искомую величину, согласно заданному варианту (см. таблицу 4.3)

     Т а б л и ц а 4.1

Год поступления

Предпоследняя цифра номера студенческого билета

Четный

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Нечетный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

20

30

25

15

35

40

45

50

18

800

300

400

600

500

800

700

600

700

900

      Т а б л и ц а 4.2

Год поступления

Последняя цифра номера студенческого билета

Четный

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Нечетный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Вид импульса

4.1

4.2

4.1

4.2

4.1

4.2

4.1

4.2

4.1

4.2

 

        Т а б л и ц а 4.3   

Год поступления

Первая буква фамилии

Четный

ЭЮ

Я

ЧШ

Щ

ХФ

Ц

СТ

У

ОП

Р

МН

КЛ

ЖЗ

И

ГД

Е

АБ

В

Нечетный

АБ

В

ГД

Е

ЖЗ

И

КЛ

МН

ОП

Р

СТ

У

ХФ

Ц

ЧШ

Щ

ЭЮ

Я

Искомая величина

uR2

iR3

uR3

uR2

iR2

iR2

uR3




5  Методические указания к расчёту

        5.1 Классический метод расчёта переходных процессов

        Методика расчёта переходных процессов классическим методом включает следующие этапы:

1) Определение независимых начальных условий: iL(0), uC(0); независимые начальные условия определяются путём расчета установившегося режима в цепи до коммутации и с применением законов коммутации:

                   ;            .

2) Запись дифференциальных уравнений по законам Кирхгофа для цепи после коммутации.

3) Запись выражения для искомого переходного тока или переходного напряжения в виде:

                   ;                       

4) Определение принуждённого тока iПР или принужденного напряжения uПР путём расчёта установившегося режима в цепи после коммутации.

5) Определение свободного тока iСВ или напряжения uСВ. Для определения iСВ  или uСВ составляется характеристическое уравнение и находятся его корни. Запись выражения iСВ или uСВ определяется типом корней характеристического уравнения.

6) Определение постоянных интегрирования по начальным значениям искомой величины и её первой производной (для цепи второго порядка).

5.2 Операторный метод расчёта переходных процессов

Методика расчёта переходных процессов операторным методом включает следующие этапы:

1) Определение независимых начальных условий: iL(0), uC(0).

        

      Т а б л и ц а 5.1

Эквивалентные операторные схемы пассивных элементов

Исходная схема

Операторная схема

      Т а б л и ц а 5.2

Теорема разложения

Изображение имеет вид рациональной дроби:

где m<n,   - характеристическое уравнение. Оригинал определяется по теореме разложения.

Вид корней характеристического уравнения , для .

Теорема разложения

корни характеристического уравнения , − вещественные и различные

где

корни характеристического уравнения  комплексные сопряженные  

знаменатель имеет один нулевой корень: , корни характеристического уравнения,− вещественные и различные

знаменатель имеет один нулевой корень: , корни характеристического уравнения комплексные сопряженные

2) Составление эквивалентной операторной схемы (схема составляется для цепи после коммутации – см. таблицу 5.1).

3) Составление уравнений для определения изображения искомой величины, используя любой из методов расчёта: законы Кирхгофа в операторной форме, метод контурных токов, метод узловых потенциалов, метод эквивалентного генератора и т.п. (уравнения составляются для цепи после коммутации), и определение изображения искомой величины.

4) Определение искомой величины (оригинала) по найденному изображению, используя теорему разложения (см. таблицу 5.2).

5.3 Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях с помощью интеграла Дюамеля

Интеграл Дюамеля применяется для определения токов или напряжений в пассивной электрической цепи при подключении к источнику непрерывно из меняющегося напряжения произвольной формы.

          Методика расчёта переходных процессов в линейных электрических цепях с помощью интеграла Дюамеля включает следующие этапы:

1) Определение переходной функции цепи: переходной проводимости или переходной функции по напряжению h(t). Переходная проводимость численно равна искомому току, а переходная функция по напряжению численно равна искомому напряжению при подключении цепи к постоянному напряжению U=1B при нулевых начальных условиях. Переходные функции цепи y(t), h(t) определяются путём расчёта переходных процессов классическим или операторным методами при подключении цепи в момент t=0 к источнику единичного постоянного напряжения при нулевых начальных условиях.

2) Вычисление тока i(t) или напряжения uК(t) с помощью интеграла Дюамеля:

        

Так как напряжение источника имеет различные аналитические выражения на разных интервалах времени, интервал интегрирования разбивается на отдельные участки и ток или напряжение, вычисляемые с помощью интеграла Дюамеля записываются для отдельных участков времени.

5.4. Спектральный метод расчета переходных процессов

Методика спектрального метода анализа электрических цепей включает этапы:

1) Определение спектральной плотности U (jω) импульса входного напряжения  u(t) с помощью прямого преобразования Фурье:

                                     

2) Определение комплексной передаточной функцию цепи Y(jω) или HU(jω).

3) Определение спектральной плотности реакции цепи  I(jω) или UK(jω):

,         .

4) Определение реакции цепи по её спектру по теореме разложения.

6 Требования к выполнению и оформлению

Курсовая расчетно-графическая  работа должна быть выполнена в соответствии с фирменным стандартом «Работы учебные», АИЭС, 2002г. и  включать следующие элементы:

а) титульный лист (образец прилагается);

б) содержание;

в) введение;

г) задание;

д) основную часть;

е) заключение (выводы);

ж) список литературы;

и) приложения.

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

 Каждый этап работы должен быть озаглавлен.

           Работа выполняется рукописным способом или с применением компьютерной печати (в программе Microsoft Word, размер шрифта 14 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.

Все листы  работы должны иметь сквозную нумерацию, начиная с титульного листа, включая приложение. Номер пишется снизу в середине листа без точки.

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.

Рисунки, графики и схемы должны быть выполнены аккуратно и  пронумерованы.

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.

           У параметров, имеющих определенные размерности, необходимо писать в окончательных результатах соответствующие единицы измерения. Все обозначения электрических величин должны соответствовать  ГОСТу.

           Во введении обосновать необходимость изучения переходных процессов и методов их  расчета. 

В 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 (напряжения) к принужденному току (напряжению).

Работа должна быть сдана на проверку в срок, указанный преподавателем. В случае нарушения студентом срока сдачи работы, ему выдается дополнительное задание или другой вариант (по усмотрению преподавателя), а также снижается итоговый балл за работу.

Некоммерческое акционерное общество
«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра___________________________________________________

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

По дисциплине____________________________________________
_________________________________________________________

На тему___________________________________________________
_________________________________________________________

Специальность____________________
Выполнил_______________________
(Ф.И.О.)
Группа__________________________
Принял_________________________
(ученая степень, звание, Ф.И.О.)
________ «___»________201___г.
(подпись)

Алматы 201__

Список литературы

1 Бакалов В. П. Основы теории цепей: Учебник для вузов. – М.: «Горячая линия» - Телеком, 2013.-592 с.

2 Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. - т.1. – Санкт-Петербург: Питер, 2006.

3 Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. - т.2. – Санкт-Петербург: Питер, 2006.

4 Жолдыбаева З.И., Зуслина Е.Х. Применение  MathCad в теории электрических цепей: Учебное пособие. – Алматы, 2012.-83 с.

5 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.

6  Жолдыбаева З.И., Коровченко Т.И. Теория электрических цепей: Учебное пособие. – Алматы, 2007.-77 с.

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

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

Содержание

 Введение 

1 Курсовая работа «Переходные процессы в линейных электрических цепях». Задание 1. «Расчет переходных процессов в линейной электрической цепи классическим методом»                                                       

2 Курсовая работа «Переходные процессы в линейных электрических цепях». Задание 2. «Расчет переходных процессов в линейной электрической цепи операторным методом»                              

3 Курсовая работа «Переходные процессы в линейных электрических цепях». Задание 3. «Расчет переходных процессов в линейных  электрических цепях с помощью интеграла Дюамеля»                                    

4 Расчетно-графическая работа «Расчет переходных процессов спектральным методом»     

5 Методические указания                                                                                      

6 Требования к выполнению и оформлению                                                       

Список литературы                                                                                                

Сводный план 2014г., поз. 36

Зухра Исламовна Жолдыбаева
Екатерина Хаскелевна Зуслина

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ  В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯХ
Методические указания и задания к  курсовой и расчетно-графическим работам
для студентов специальности
5В071900- Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Редактор: Н.М.Голева
Специалист по стандартизации: Н.К. Молдабекова

Подписано в печать _________
Формат 60х84  1/16 №1 
Тираж  300 экз. 
Бумага  типографская
Объем  1,0   уч. - изд. л.
Заказ ____. Цена 500  тенге.

Копировально-множительное бюро
некоммерческого акционерного общества
«Алматинский университет энергетики и связи»
050013, Алматы, Байтурсынова 126.