Некоммерческое  акционерное  общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра теоретических основ    электротехники

 

 

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ 1 

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

(для студентов специальности 5В071600 – Приборостроение)

 

 

 

 

Алматы 2012 

СОСТАВИТЕЛИ: З.И.Жолдыбаева, Е.Х.Зуслина. Теория электрических цепей 1. Методические указания и задания к расчетно-графическим работам № 1 - 3  (для студентов специальности 5В071600 – Приборостроение) – Алматы: АУЭС, 2012. – 16 с.

 

Методические указания и задания к расчетно-графическим работам № 1 - 3 «Теория электрических цепей 1» содержат задания к расчетно-графическим работам: «Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях второго порядка классическим методом», «Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях второго порядка операторным методом», «Спектральный метод расчета переходных процессов в линейных электрических цепях»; требования к выполнению и оформлению расчетно-графических работ; методические указания к выполнению расчетно-графических работ. Задания к расчетно-графическим работам соответствуют рабочему учебному плану и рабочей программе дисциплины по выбору ТЭЦ 1 для студентов специальности 5В071600 – Приборостроение.

 Ил. 22 табл.8, библиогр.- 9 назв.

 

Рецензент: канд. техн. наук, профессор Г.С. Казиева. ст. препод. Е.О. Елеукулов.

 

Печатается по плану издания НАО «Алматинский университет энергетики и связи на 2012 г.

 

   Ó НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2012 г.

 

          1 Требования к выполнению и оформлению расчетно-графических работ 

 

1.1 расчетно-графическая работа должна включать следующие элементы:

а) титульный лист (приложение А);

б) задание:

в) содержание;

г) введение;

д) основную часть;

е) заключение (выводы):

ж) список литературы;

и) 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. Номера страниц пишутся внизу страницы в центре.

          1.6 Расчеты должны сопровождаться пояснениями. Нельзя приводить только расчетные формулы и  конечные результаты. Расчетно-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 переходных процессов в электрических цепях. 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 расчетно-графической работы снижается итоговый балл за работу.

2 Расчетно-графическая работа №1. Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях классическим методом

 

Линейная электрическая цепь второго порядка (см. рисунки 2.1, 2.10), содержащая резистивные сопротивления, индуктивность и емкость, подключена к постоянному источнику ЭДС и находится в установившемся режиме. В момент времени t=0 в цепи осуществляется коммутация путем замыкания или размыкания ключа и начинается переходный процесс.

2.1 Определить ток или напряжение в одной из ветвей электрической цепи после коммутации классическим методом (вариант выбирают по таблицам 2.1 – 2.3, в которых приведены: номер схемы, значения параметров цепи и искомая величина).

         2.2 Построить график зависимости искомой величины (тока или напряжения) от времени, используя ЭВМ. График построить на интервале времени от 0 до 5 (если корни характеристического уравнения вещественные) и от 0 до 5(если корни характеристического уравнения комплексно-сопряженные ). 

 

         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

Е, В

60

75

65

70

90

55

85

50

80

60

R4,Ом

−

−

−

64

78

84

52

68

70

75

  

         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

L,мГн

30

40

20

25

35

24

15

18

10

32

R2,Ом

104

90

85

96

110

68

70

75

65

100

R3,Ом

95

78

80

110

65

84

90

100

86

75

 

Таблица 2.3

 

Год поступления

Первая буква фамилии

чётный

БЛЦ

КХ

ВМЧ

ГНШ

ДОЯ

ЕПР

ЖСЗ

ТЭИ

УЮФ

АЩЫ

нечётный

КХ

ВМЧ

ГНШ

БЛЦ

ЕПР

ДОЯ

ТЭИ

ЖСЗ

АЩЫ

УЮФ

С, мкФ

3,0

2,0

3,8

2,5

4,0

4,5

2,5

4,8

2,8

2,6

R1,Ом

100

90

110

85

96

80

78

120

105

75

Искомая величина

 

            

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 переходных процессов в линейных электрических цепях операторным методом

 

Линейная электрическая цепь второго порядка (см. рисунки 2.1, 2.10), содержащая резистивные сопротивления, индуктивность и емкость, подключена к постоянному источнику ЭДС и находится в установившемся режиме. В момент времени t=0 в цепи осуществляется коммутация путем замыкания или размыкания ключа и начинается переходный процесс.

3.1 Определить ток или напряжение в одной из ветвей электрической цепи после коммутации операторным методом (вариант выбирают по таблицам 2.1 – 2.3, в которых приведены: номер схемы, значения параметров цепи и искомая величина).

         3.2 Построить график зависимости искомой величины (тока или напряжения) от времени, используя ЭВМ. График построить на интервале времени от 0 до 5 (если корни характеристического уравнения вещественные) и от 0 до 5(если корни характеристического уравнения комплексно-сопряженные ).

  

4 Расчетно-графическая работа №3. Спектральный метод расчета переходных процессов в линейных электрических цепях

 

Линейная электрическая цепь первого порядка (см. рисунки 4.1, 4.10), содержащая резистивные сопротивления, индуктивность или емкость, подключена к источнику напряжения  (см. рисунки 4.11, 4.12).

Требуется выполнить следующее:

а)  определить спектральную плотность заданного напряжения, построить АЧХ и ФЧХ;

б) определить комплексную передаточную функцию цепи  или

, соответствующую искомому напряжению или току, согласно заданному варианту (см. таблицу 4.1);

в) определить спектральную плотность напряжения  или тока , соответствующую искомому напряжению или току, согласно заданному варианту (см. таблицу 4.1);  

г) по найденной спектральной плотности найти искомое напряжение или искомый ток, согласно заданному варианту (см. таблицу 4.1)

Вариант выбирают по таблицам 4.1 – 4.3, в которых приведены: номер схемы, номер рисунка кривой напряжения , значения , значения параметров цепи и искомая величина.

 

       

 

                            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

  

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

4.1

4.2

4.3

4.4

4.5

4.6

4.7

4.8

4.9

4.10

Искомая величина

i3(t)

i2(t)

uR1(t)

uC(t)

uL(t)

iC(t)

i3 (t)

i1 (t)

uC(t)

uL(t)

R4,Ом

−

−

−

−

−

−

−

−

100

90

  

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

напряжение,

№ рисунка 

 

4.11

4.12

4.11

4.12

4.11

4.12

4.11

4.12

4.11

4.12

U,B

50

40

60

70

55

45

35

30

35

80

5000

3000

4000

2000

4500

3500

2500

4400

3800

4800

R1,Ом

80

100

90

75

96

85

78

65

105

78

  

Таблица 4.3

 

Год поступления

Первая буква фамилии

чётный

БЛЦ

КХ

ВМЧ

ГНШ

ДОЯ

ЕПР

ЖСЗ

ТЭИ

УЮФ

АЩЫ

нечётный

КХ

ВМЧ

ГНШ

БЛЦ

ЕПР

ДОЯ

ТЭИ

ЖСЗ

АЩЫ

УЮФ

С, мкФ

2,0

4,0

2,8

3,5

4,0

5,0

1,5

3,8

4,8

3,6

L,мГн

20

25

35

15

10

16

22

14

18

30

R2,Ом

100

90

110

85

96

80

78

120

105

75

R3,Ом

90

88

70

80

75

78

96

110

95

85

  

5 Методические указания к расчетно-графическим работам

 

5.1 Классический метод расчёта переходных процессов.

Методика расчёта переходных процессов классическим методом включает следующие этапы:

а) определяются независимые начальные условия: , которые определяются по законам коммутации:

                   ;            ;

где значения находятся путем расчета установившегося режима в цепи до коммутации;

б) записываются дифференциальные уравнения по законам Кирхгофа для цепи после коммутации;

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

                   ;                        ;

г) определяются принуждённый ток  или принужденное напряжение  путём расчёта установившегося режима в цепи после коммутации;

д) определяются свободный ток  или напряжение , для определения  или составляется характеристическое уравнение и находятся его корни. Запись выражения  или  определяется типом корней характеристического уравнения;

ж) определяются постоянные 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);

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.

  

        

Таблица 5.1

Эквивалентные операторные схемы пассивных элементов

Исходная схема

Операторная схема

          

Таблица 5.2

Теорема разложения

Изображение имеет вид рациональной дроби:

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

 

Вид корней уравнения , .

 

 

 

Теорема разложения

корни  − вещественные и различные

 

корни комплексные сопряженные  

 

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

знаменатель имеет один нулевой корень: , корни уравнения комплексные сопряженные

 

 

5.3 Спектральный метод расчёта переходных процессов

Порядок расчета переходных процессов спектральным методом.

а) определение спектра входного воздействия, используя прямое преобразование Фурье:

;

б) определение, соответствующее искомому напряжению или току,  передаточной  функции цепи  или ;

в) определение по передаточной  функции цепи  или  спектральной плотности напряжения  или тока , соответствующей искомому напряжению или току;

г) определение искомого напряжения или тока по их спектральной плотности с помощью обратного преобразования Фурье, по таблице или по теореме разложения.

  

 

Приложение А

РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

 

Кафедра теоретических основ электротехники

 

 

 

 

 

Дисциплина ТЭЦ 1

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  2. Конспект лекций. – Алматы: АИЭС, 2006.- 52 с.

9. Жолдыбаева З.И., Зуслина Е.Х. Теория электрических цепей 2.

Примеры расчёта установившихся и переходных режимов в электрических цепях с сосредоточенными и распределёнными параметрами. Учебное пособие. – Алматы: АУЭС, 2011.- 78 с.

 

Содержание 

1 Требования к выполнению и оформлению расчетно-графических

 работ                                                                                                               3

2. Расчетно-графическая работа № 1.  Расчет переходных

процессов в линейных электрических цепях классическим методом                 4

3. Расчетно-графическая работа № 2. Расчет переходных

процессов в линейных электрических цепях с операторным методом                6

4 Расчетно-графическая работа № 3. Спектральный метод расчета

переходных процессов в линейных электрических цепях                                    7

5. Методические указания к расчетно-графическим работам                             10

Список литературы                                                                                          14

 

                                                        Сводный план 2012., поз.39