Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра теоретических основ электротехники

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ 2

Методические указания и задания к расчетно-графическим работам № 1,2,3

(для студентов специальности 5В060200)

Алматы 2011

СОСТАВИТЕЛИ: З.И.Жолдыбаева, Е.Х.Зуслина. Теория электрических цепей 2. Методические указания и задания к расчетно-графическим работам № 1,2,3 (для студентов специальности 5В060200) – Алматы: АУЭС, 2011. – 17 стр.

Методические указания и задания к расчетно-графическим работам № 1,2,3 по дисциплине «Теория электрических цепей 2» содержат три расчетно-графические работы по темам: «Расчет линейных электрических цепей постоянного тока», «Расчёт разветвленных электрических цепей однофазного синусоидального тока», «Расчёт пассивных четырёхполюсников», требования к их выполнению и оформлению, методические указания. Задания к расчетно-графическим работам соответствуют типовой программе по дисциплине ТЭЦ 2 для студентов специальности 5В060200.

Ил. 31, табл. 10, библиогр.- 9 назв.

Рецензент: канд. техн. наук, профессор Г.С. Казиева

Печатается по плану издания НАО «Алматинского университета энергетики и связи» на 2011г.

Ó НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011г.

1 Требования к выполнению и оформлению расчетно-графических работ

1.1 Расчетно- графическая работа (РГР) должна включать следующие элементы:

а) титульный лист (приложение А);

б) задание:

в) содержание;

г) введение;

д) основную часть;

е) заключение (выводы):

ж) список литературы;

з) 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 должен быть озаглавлен.

1.4 Расчетно- графическая работа может быть выполнена 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 30мм, правое – не менее 10мм, верхнее и нижнее - 20мм.

1.5 Все листы расчетно-графической 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. Расчетной-графические работы, в которых вычисления и пояснения приводятся сокращенно к защите не допускаются.

1.7 Рисунки должны быть пронумерованы.

1.8 На графиках указываются названия изображаемых величин, их единицы измерения. Масштабы необходимо подбирать так, чтобы было удобно пользоваться графиком или диаграммой.

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

1.10 Введение должно содержать цель работы и методы анализа и расчета режимов электрической цепи. Слово «ВВЕДЕНИЕ» записывается прописными буквами в виде заголовка.

1.11 Заключение (выводы) должно содержать анализ и оценку результатов работы.

1.12 Расчетно-графическая работа должна быть сдана на проверку в срок, в соответствии с графиком учебного процесса. В случае нарушения срока сдачи РГР снижается итоговый балл за работу.

2 Расчетно-графическая работа №1. Расчет линейных электрических цепей постоянного тока

Для электрической цепи постоянного тока (см.рисунки 2.1-2.10), содержащей независимые источники ЭДС и независимый источник тока J, выполнить следующее:

2.1 Составить систему уравнений по законам Кирхгофа.

2.2 Рассчитать токи во всех ветвях электрической цепи методом контурных токов.

2.3 Рассчитать токи во всех ветвях электрической цепи методом узловых потенциалов.

2.4 Рассчитать ток в ветви с сопротивлением R_xметодом эквивалентного генератора.

2.5 Проверить баланс мощностей.

Вариант выбирается по таблицам 2.1-2.3 в соответствии с номером зачетной книжки и первой буквой фамилии.

Таблица 2.1

Год поступления	Последняя цифра зачетной книжки
чётный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
нечётный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
№ схемы	2.1	2.2	2.3	2.4	2.5	2.6	2.7	2.8	2.9	2.10
Е₁, В	100	70	80	85	60	85	95	65	100	110
Е₂, В	96	85	95	88	70	85	100	60	70	75
Е₃, В	60	90	85	70	65	50	60	80	96	60
Е₄, В	56	88	76	80	105	60	75	90	75	90

Таблица 2.2

Год поступления	Предпоследняя цифра зачетной книжки
чётный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
нечётный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
R₁, Ом	70	55	65	70	50	70	96	105	90	85
R₂, Ом	60	70	75	65	95	55	67	60	77	57
R₃, Ом	80	90	90	65	65	95	46	84	56	68
R₄, Ом	65	85	50	45	105	76	80	76	90	75

Таблица 2.3

Год поступления	Первая буква фамилии
чётный	БЛЦ	КХ	ВМЧ	ГНШ	ДОЯ	ЕПР	ЖСЗ	ТЭИ	УЮФ	АЩ
нечётный	КХ	ВМЧ	ГНШ	БЛЦ	ЕПР	ДОЯ	ТЭИ	ЖСЗ	АЩ	УЮФ
R₅, Ом	80	60	70	90	95	85	75	65	100	50
E₅, B	65	76	95	87	95	65	70	56	67	88
J, A	0,02	0,04	0,03	0,016	0,04	0,06	0,03	0,04	0,08	0,07
R_x, Ом	R₁	R₂	R₃	R₁	R₂	R₄	R₃	R₁	R₄	R₂

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. Расчёт разветвленных электрических цепей однофазного синусоидального тока

Для разветвленных электрических цепей однофазного синусоидального тока (см.рисунки 3.1-3.10) выполнить следующее:

3.1 Записать уравнения по законам Кирхгофа в дифференциальной и комплексной формах.

3.2 Рассчитать комплексные токи во всех ветвях схемы методом контурных токов.

3.3 Рассчитать комплексные токи во всех ветвях схемы методом узловых потенциалов.

3.4 Записать мгновенные значения токов во всех ветвях схемы.

3.5 Проверить баланс мощностей.

3.6 Построить топографическую диаграмму, совмещённую с векторной диаграммой токов.

Вариант выбирается по таблицам 3.1-3.3 в соответствии с номером зачетной книжки и первой буквой фамилии.

Таблица 3.1

Год поступления	Последняя цифра зачетной книжки
чётный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
нечётный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
№ схемы	3.1	3.2	4.3	3.4	3.5	3.6	3.7	3.8	3.9	3.10
Е_m1, В	86	68	80	90	88	66	78	85	95	100
Ψ_e1, град.	-30	45	60	40	0	-35	-30	20	50	70
Е_m2, В	90	80	65	75	50	70	80	65	85	50
Ψ_e2, град.	45	-35	40	30	-60	35	30	70	90	-60
Е_m3, В	75	70	90	60	55	60	70	75	95	70
Ψ_e3, град.	30	-60	35	-40	60	-45	60	-90	0	-30
Е_m4, В	60	70	80	95	80	76	100	85	75	80
Ψ_e4, град.	0	60	35	-45	-90	-30	0	30	45	90

Таблица 3.2

Год поступления	Предпоследняя цифра зачетной книжки
чётный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
нечётный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
Е_m5, В	60	80	80	70	90	65	85	75	80	90
Ψ_e₅, град.	-40	30	-45	45	-30	90	30	60	-90	40
R₁, Ом	60	70	80	70	98	64	82	78	62	54
R₂, Ом	78	76	72	64	96	78	74	68	58	50
R₃, Ом	72	87	96	70	62	58	80	85	75	70

Таблица 3.3

Год поступления	Первая буква фамилии
чётный	БЛЦ	КХ	ВМЧ	ГНШ	ДОЯ	ЕПР	ЖСЗ	ТЭИ	УЮФ	АЩ
нечётный	КХ	ВМЧ	ГНШ	БЛЦ	ЕПР	ДОЯ	ТЭИ	ЖСЗ	АЩ	УЮФ
R₄,Ом	80	60	78	48	54	40	38	68	90	100
J, A	0,02	0,04	0,3	0,05	0,07	0,06	0,04	0,8	0,05	0,03
Ψ_J, град.	0	40	-60	90	30	-30	45	-45	-90	30
X_L1, Ом	60	70	70	80	20	90	60	50	90	75
X_C1, Ом	100	30	30	50	65	65	100	90	40	100
X_L2, Ом	80	30	40	85	30	80	68	25	36	80
X_C2, Ом	34	70	80	100	80	20	30	75	88	30
X_L3, Ом	76	60	35	75	40	95	80	96	50	66
X_C3, Ом	34	90	75	35	90	35	40	44	92	46
X_L4, Ом	90	90	40	56	88	64	75	54	46	85
X_C4, Ом	50	45	78	90	48	80	45	84	82	75

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. Расчёт пассивных четырёхполюсников

Для пассивных Т- или П- образных четырехполюсников (см.рисунки 4.1-4.10) выполнить следующее:

4.1Определить комплексные сопротивления заданного четырехполюсника Z₁, Z₂, Z₃.

4.2 Определить А- параметры заданного четырехполюсника, используя:

а) режимы холостого хода и короткого замыкания;

б) законы Кирхгофа.

Проверить выполнение условия ∆А=1.

4.3 Определить характеристические сопротивления заданного четырехполюсника Z_C₁, Z_C₂, используя:

а) параметры холостого хода и короткого замыкания;

б) А-параметры.

4.4 Определить характеристическую постоянную передачи Г_С, характеристическое ослабление А_С, фазовую постоянную В_С,используя А-параметры.

Вариант выбирается по таблицам 4.1-4.3 в соответствии с номером зачетной книжки и первой буквой фамилии.

Таблица 4.1

Год поступления	Последняя цифра зачетной книжки
чётный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
нечётный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
№ схемы	3.1	3.2	3.3	3.4	3.5	3.6	3.7	3.8	3.9	3.10
R₁, Ом	55	75	90	64	58	90	75	80	87	90
R₂, Ом	75	68	60	75	78	84	65	86	75	79
R₃, Ом	60	82	88	85	76	58	72	85	65	80

Таблица 4.2

Год поступления	Предпоследняя цифра зачетной книжки
чётный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
нечётный	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
X_L1, Ом	65	75	80	86	68	76	82	77	80	90
X_L2, Ом	84	82	66	64	42	68	56	70	60	85
X_L3, Ом	95	70	55	80	60	76	80	82	68	76

Таблица 4.3

Год поступления	Первая буква фамилии
чётный	БЛЦ	КХ	ВМЧ	ГНШ	ДОЯ	ЕПР	ЖСЗ	ТЭИ	УЮФ	АЩ
нечётный	КХ	ВМЧ	ГНШ	БЛЦ	ЕПР	ДОЯ	ТЭИ	ЖСЗ	АЩ	УЮФ
X_C1, Ом	87	68	60	70	50	74	80	70	62	90
X_C2, Ом	76	82	73	83	75	64	86	66	77	85
X_C3, Ом	56	70	76	87	68	60	74	88	68	80

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

5 Методические указания к выполнению расчетно-графических работ № 1,2,3

Расчет разветвленных цепей постоянного тока базируется на законах Кирхгофа и методах контурных токов и узловых потенциалов [Л.1, Гл.2, с.41-60; Л.2, Гл.1, с.14-37; Л.6, Гл.1, с.5-41; Л.9, Гл.2, с.13-33].

Для электрических цепей с идеальными источниками тока при составлении уравнений по второму закону Кирхгофа следует выбирать независимые контуры, не содержащие источников тока.

Если электрическая цепь содержит N_тидеальных источников тока, то при составлении уравнений методом контурных токов рекомендуется выбирать N_т контурных токов так, чтобы каждый из них проходил через один источник тока (эти контурные совпадают с соответствующими токами источников тока и задаются условием задачи). Оставшиеся К=N_в-N_у+1-N_тконтурных токов выбирают так, чтобы они проходили по ветвям не содержащим источников тока (К=N_в-N_у+1-N_т- число неизвестных контурных токов, N_в- число ветвей, N_у- число узлов, N_т-число источников тока). Для определения оставшихся К контурных токов составляют К контурных уравнений по второму закону Кирхгофа. Составим систему уравнений по методу контурных токов для цепи постоянного тока (см.рисунок 5.1):

Рисунок 5.1

Если в электрической схеме некоторые узлы соединяются идеальными источниками ЭДС, то число У уравнений, составляемых по методу узловых потенциалов, уменьшается и равно:

У= N_у –N_и -1,

где N_и- число ветвей, содержащих только идеальные источники ЭДС.

Если электрическая схема содержит только одну ветвь с идеальным источником ЭДС Е, то при составлении уравнений по методу узловых потенциалов к нулю приравнивается потенциал одного из узлов, к которому присоединена данная ветвь. Тогда потенциал другого узла, присоединенного к этой же ветви, будет равен Е. Составим систему уравнений по методу узловых потенциалов для цепи постоянного тока (см.рисунок 4.1):

Расчёт электрических цепей в режиме гармонических воздействий базируется на изображении синусоидальных ЭДС, напряжений, токов векторами и комплексными величинами [Л.1, Гл.3. с.72-89; Л.2, Гл.4. с.92-100; Л.6, Гл.2. с.50-89; Л.9, Гл.4. с.42-53]:

Таблица 5.1

Синусоидальная функция времени	Комплексная амплитуда	Комплексное действующее значение

Представление синусоидальных ЭДС, напряжений, токов комплексными величинами позволяет применить методы расчета цепей постоянного тока к расчётам цепей синусоидального тока. Так как уравнения, выражающие законы Кирхгофа в комплексной форме для цепей синусоидального тока аналогичны уравнениям, выражающим законы Кирхгофа для цепей постоянного тока, только ЭДС, напряжения, токи и сопротивления входят в уравнения в виде комплексных величин:

, ,

где - комплексное сопротивление.

Расчёт пассивных четырёхполюсников [Л.1, Гл.12. с.291-324; Л.2, Гл.8. с.132-150; Л.6, Гл.12. с.328-355; Л.9, Гл.8. с.79-91].

Основной задачей теории четырёхполюсников является установление соотношений между напряжениями и токами на входе и выходе четырёхполюсника. Уравнения, определяющие зависимость между , , называются уравнениями передачи четырёхполюсника. Существует шесть форм уравнений передачи: уравнения передачи в А-, В-, Y-, Z-, H-, F- параметрах.

Все формы уравнений передачи равноправны, выбор той или иной формы зависит от задачи, которая в данном случае решается.

Уравнение передачи в А- параметрах имеет вид:

где,,,- называются А- параметрами.

А- параметрами могут быть определены путем решения уравнений, выражающих законы Кирхгофа или по значениям напряжений и токов в режимах холостого тока и короткого замыкания. Для пассивного четырёхполюсника выполняется условие ∆А==1.

Характеристические сопротивления четырёхполюсника можно выразить через А- параметры: , , и параметры холостого хода (Z_X₁, Z_X₂) и короткого замыкания (Z_К1, Z_К2):

, .

Параметрами холостого хода и короткого замыкания называются входные сопротивления четырёхполюсника со стороны первичных выводов 1-1^/ и вторичных выводов 2-2^/.

Характеристическая постоянная передачи четырёхполюсника определяется в режиме согласованного включения и равна:

Характеристическую постоянную передачи можно определить через А-параметры: .

Приложение А

РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра теоретических основ электротехники

Дисциплина ТЭЦ 2

Расчетно-графическая работа №

(полное наименование работы)

Работа выполнена _____________________

(дата выполнения работы)

Студентом____________________________

(фамилия и инициалы)

Зачетная книжка №_____________________

Группа_______________________________

(шифр группы)

Отчет принят__________________________

(дата принятия отчета)

Преподаватель_________________________

(фамилия и инициалы)

Алматы 201…

Список литературы

1 Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И. Основы теории цепей.- М.: Радио и связь, 2000.-592 с.

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

3 Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л.

Теоретические основы электротехники. – т.1. – Санкт-Петербург: Питер, 2003.-463 с.

4 Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. – т.2. – Санкт- Петербург: Питер, 2003.-576 с.

5 Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. – М.: Гардарики, 1999. – 638 с.

6 Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по теории линейных электрических цепей. - М.: Высш. шк., 1990.- 544 с.

7 Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IВМ РС. Программа Electronics Workbench и её применение.-М.: Солон-Р, 1999.-506 с.

8 Жолдыбаева З.И., Зуслина Е.Х., Коровченко Т.И. Теория электрических цепей 1. Конспект лекций. – Алматы: АИЭС, 2007.- 80 с.

9. Жолдыбаева З.И., Зуслина Е.Х. Теория электрических цепей 1.Примеры расчёта установившихся процессов в линейных электрических цепях. Учебное пособие. - Алматы: АИЭС, 2008.- 93 с.

Содержание

1 Требования к выполнению и оформлению расчетно-графических работ 3

2 Расчетно-графическая работа №1. Расчет линейных электрических цепей постоянного тока 4

3 Расчетно-графическая работа №2. Расчёт разветвленных электрических цепей однофазного синусоидального тока 7

4 Расчетно-графическая работа №3. Расчёт пассивных четырёхполюсников 10

5 Методические указания к выполнению РГР № 1,2 12

Приложение А 15

Список литературы 16

Сводный план 2011., поз. 112