Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ  

Кафедра теоретических основ электротехники

 

 

ТЭЦ 2. Переходные процессы в линейных электрических цепях

 Методические указания и задания к курсовой работе  

для студентов специальности 5В0719- Радиотехника, электроника и телекоммуникации 

 
 
Алматы 2010 

СОСТАВИТЕЛИ: З.И.Жолдыбаева, Т.И.Коровченко. ТЭЦ2. Переходные процессы в линейных электрических цепях. Методические указания и задания к курсовой работе для студентов специальности 5В0719 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АИЭС, 2010.-  19с. 

Методические указания и задания к курсовой работе содержат требования к выполнению и оформлению курсовой работы, задания, схемы и параметры электрических цепей. Методические указания и задания к курсовой  работе соответствуют типовой программе по ТЭЦ2.

 

Содержание

1 Требования к выполнению и оформлению курсовой работы                              4

2 Задание 1. Расчет переходных процессов в линейной электрической цепи классическим и операторным методом                                                                     7

3 Задание 2. Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях с помощью интеграла Дюамеля                                                                                    9        

4 Задание 3. Спектральный метод анализа электрических цепей                        11   

5 Методические указания к расчёту курсовой работы                                         13                

Список литературы                                                                                                    16     

 

1 Требования к выполнению и оформлению курсовой  работы

Курсовая 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;

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 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, писать в окончательных результатах соответствующие единицы измерения. Все обозначения электрических величин должны соответствовать  ГОСТу.

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

1.11 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).

1.12 Курсовая  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.

 

РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра теоретических основ электротехники

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине ТЭЦ2

_________________________________________________________________

(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 200...

 

 

 2 Задание 1. Расчет переходных процессов в линейной электрической цепи классическим и операторным методом

 

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

2.1 Согласно своему варианту, выбрать схему электрической цепи и ее параметры (таблицы 2.1, 2.2).

2.2 Рассчитать заданное в таблице 2.3 значение переходной величины классическим методом.

2.3 Рассчитать заданное значение переходной величины операторным методом.

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

 

         Т а б л и ц а 2.1

Год поступления

Первая буква фамилии

Четный

АБ

В

ГД

Е

ЖЗ

И

КЛ

МН

ОП

Р

СТ

У

ХФ

Ц

ЧШ

Щ

ЭЮ

Я

Нечетный

ЭЮ

Я

ЧШ

Щ

ХФ

Ц

СТ

У

ОП

Р

МН

КЛ

ЖЗ

И

ГД

Е

АБ

В

Номер схемы

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

2.10

15

10

20

25

15

10

15

20

20

15

 

Т а б л и ц а 2.2

Год поступления

Последняя 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

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 2.3

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

Определить

 

        3 Задание 2. Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях с помощью интеграла Дюамеля

 

Произвести изменения в схеме своего варианта, заменив один из реактивных элементов «L» или «С» на короткозамкнутый участок (таблица 3.3). В результате замены получится схема с одним реактивным элементом. На вход цепи подается импульсное воздействие (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 (таблица 3.2). Где τ – постоянная времени переходного процесса для полученной схемы.

3.1 Определить переходную характеристику цепи, соответствующую искомой величине (таблица 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 зачетной книжки

Четный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Нечетный

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

 Вид импульсного воздействия

3.1

3.2

3.3

3.4

3.1

3.2

3.3

3.4

3.1

3.2

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 зачетной книжки

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

АБ

В

ГД

Е

ЖЗ

И

КЛ

МН

ОП

Р

СТ

У

ХФ

Ц

ЧШ

Щ

ЭЮ

Я

Нечетный

ЭЮ

Я

ЧШ

Щ

ХФ

Ц

СТ

У

ОП

Р

МН

КЛ

ЖЗ

И

ГД

Е

АБ

В

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)

 

4 Задание 3. Спектральный метод анализа электрических цепей

 

На вход цепи, полученной для задания 2, подается импульсное воздействие (рисунки 4.1,4.2), параметры  и вид которого приведены в таблицах 4.1, 4.2.

          4.1 Определить спектральную плотность входного напряжения ,построить  его амплитудно-частотную (АЧХ) и фазо-частотную (ФЧХ) характеристики.

          4.2 Определить комплексную передаточную  функцию цепи , соответствующую искомой величине (таблица 4.3); построить ее амплитудно-частотную (АЧХ) и фазо-частотную (ФЧ Х) характеристики.

          4.3 Определить спектральную плотность искомой величины.

         4.4 По найденной спектральной плотности найти искомую величину, согласно заданному варианту (таблица 4.3)

 

Т а б л и ц а 4.1

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

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 зачетной книжки

Четный

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Нечетный

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

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

АБВ

ГДЕ

ЖЗИ

КЛ

МН

ОПР

СТУ

ХФЦ

ЧШЩ

ЭЮЯ

Нечетный

ЭЮ

Я

ЧШ

Щ

ХФ

Ц

СТ

У

ОП

Р

МН

КЛ

ЖЗ

И

ГД

Е

АБ

В

Искомая величина

uR2

iR3

uR3

uR2

iR2

iR2

uR3

  

 


  

 

          

 

        5. Методические указания к расчёту курсовой работы

 

        5.1 Классический метод расчёта переходных процессов

 

Методика расчёта переходных процессов классическим методом включает следующие этапы:

а) Определение независимых начальных условий: ; независимые начальные условия определяются путём расчета установившегося режима в цепи до коммутации и с применением законов коммутации:

                   ;            ;

б) Запись дифференциальных уравнений по законам Кирхгофа для цепи после коммутации;

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

                   ;                        ;

г) Определение принуждённого тока  или принужденного напряжения  путём расчёта установившегося режима в цепи после коммутации;

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

ж) 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:

а) Определение независимых начальных условий: .

б) Составление эквивалентной операторной схемы (схема составляется для цепи после коммутации).

 

         Т а б л и ц а 5.1

Эквивалентные операторные схемы пассивных элементов

Исходная схема

Операторная схема

в) 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.

г) Определение искомой величины (оригинала) по найденному изображению, используя теорему разложения.

 

         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

 

  

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:

а) Определение переходной функции цепи: переходной проводимости или переходной функции по напряжению . Переходная приводимость 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 ,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.

б) Вычисление тока или напряжения  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 анализа электрических цепей

 

Методика спектрального метода анализа электрических цепей включает этапы:

а) Определение спектральной плотности импульса входного напряжения   с помощью прямого преобразования Фурье

б) Определение комплексной передаточной функцию цепи  или .

в) Определение спектральной плотности реакции цепи  или :

,         .

 

 

Список литературы 

1 Бакалов В. П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.Е. Основы теории цепей: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 2000.-592с.

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.-528с.

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

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

          7 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.-80с.