Некоммерческое акционерное  общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра теоретических основ электротехники

 

 

ТОЭ. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

 Методические указания и задания к курсовой работе

для студентов специальности 5В074600- Космическая техника и технологии

  

 

 

Алматы 2011

СОСТАВИТЕЛЬ: С.Ю. Креслина. ТОЭ. Переходные процессы в линейных электрических цепях. Методические указания и задания к курсовой работе для студентов специальности 5В074600 - Космическая техника и технологии. – Алматы: АУЭС, 2011.-  16с. 

 

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 ТОЭ.

Ил.13 , табл.6 , библиогр.- 6 назв. 

 

Рецензент: канд. техн. наук, доц. каф. ИК  Ш.И. Имангалиев

 

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

  

 

 

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

Содержание

1 Требования к выполнению и оформлению курсовой работы                              4

2 Задание № 1. Расчет переходных процессов в линейной электрической цепи классическим методом                                                                                               7

3 Задание № 2. Расчет переходных процессов в линейной электрической цепи операторным методом                                                                                                9

4 Задание № 3. Расчет переходных процессов в линейной электрической цепи с помощью интеграла Дюамеля                                                                                   9        

5Задание № 4. Спектральный метод анализа электрических цепей                    10                   

6 Методические указания к расчёту курсовой работы                                          10

Список литературы                                                                                                   14     

 

 

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.

  

2 Задание № 1. Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях классическим методом

 

Электрическая цепь (см. рисунки 2.1-2.10), состоящая из источника  постоянной ЭДС, резистивных сопротивлений, индуктивности и емкости, находится в установившемся режиме. В момент времени   путем замыкания или размыкания ключа (согласно заданному варианту) в цепи осуществляется коммутация.

Определить закон изменения указанного в таблице 2.3 тока или напряжения электрической цепи после коммутации классическим методом.

Номер рисунка электрической цепи, значения Е  и параметры цепи приведены в таблицах .

 

Таблица 2.1

Год поступления	Последняя цифра зачетной книжки
Четный	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Нечетный	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
№ схемы	2.1	2.2	2.3	2.4	2.5	2.6	2.7	2.8	2.9	2.10
	20	30	40	10	50	60	70	10	50	70
	30	10	15	20	25	20	15	5	10	30

 

Таблица 2.2

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
	50	40	30	10	25	45	70	55	60	85
Е, В	110	90	60	70	90	60	110	120	140	130

 

Таблица 2.3

Год поступления	Первая буква фамилии
Четный	АВМ	Б0Ю	НПЯ	ГРЩ	ДИС	ЖУШ	ЧХЛ	КЦЭ	ЕТ	ЗФ
Нечетный	НПЯ	ГРЩ	ДИС	ЖУШ	ЧХЛ	АВМ	ЕТ	ЗФ	Б0Ю	КЦЭ
	80	10	70	20	60	50	40	90	30	100
	0,25	0,5	0,15	0,35	0,55	0,6	0,3	0,45	0,2	0,4
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 Задание № 2. Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях операторным методом

 

Электрическая цепь (см. рисунки 2.1-2.10), состоящая из источника  постоянной ЭДС, резистивных сопротивлений, индуктивности и емкости, находится в установившемся режиме. В момент времени   путем замыкания или размыкания ключа (согласно заданному варианту) в цепи осуществляется коммутация.

Определить закон изменения указанного в таблице 2.3 тока или напряжения электрической цепи после коммутации классическим методом.

Сравнить полученные результаты классическим и операторным методами.

Построить графики зависимости искомых величин от времени. График построить на интервале времени .

 

4 Задание № 3. Расчет переходных процессов в линейных электрических цепях с помощью интеграла Дюамеля

 

Получить схему с одним реактивным элементом, заменив один из реактивных элементов «L» или «С» на короткозамкнутый участок (см. таблицу 4.3). На вход цепи подать напряжение, изменяющиеся во времени по заданному закону (см. рисунок 4.1).

Определить закон изменения во времени искомой величины, используя интеграл Дюамеля.

Построить графики входного воздействия и реакции цепи от времени.

 

Т а б л и ц а 4.1

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
Искомая величина

 

 Т а б л и ц а 4.2

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
	20	20	30	24	16	32	40	48	50	18
	1000	2000	300	600	400	1600	2000	120	2500	900
	0,03	0,015	0,15	0,06	0,06	0,03	0,03	0,6	0,03	0,03

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	ЭЮЯ	ЧШЩ	ХФЦ	СТУ	ОПР	МН	КЛ	ЖЗИ	ГДЕ	АБВ
Закоротить	L	C	L	C	L	C	L	C	L	C

 

                                               Рисунок 4.1

 

 

5 Задание № 4. Спектральный метод анализа электрических цепей

 

Получить схему с одним реактивным элементом, заменив один из реактивных элементов «L» или «С» на короткозамкнутый участок (см. таблицу 4.3). На вход цепи подать напряжение, изменяющиеся во времени по заданному закону (см. рисунок 4.1).

Определить спектральную плотность входного напряжения .

Определить комплексную передаточную  функцию цепи, соответствующую искомой величине (см. таблицу 4.1).

Определить спектральную плотность искомой величины.

  

6 Методические указания к расчету переходных процессов

 

6.1 Классический метод расчета переходных процессов

 

Порядок расчета тока или напряжения  в ветвях разветвленных цепей классическим методом, заключается в следующем:  

      -  по законам коммутации для цепи при  определяем  независимые начальные условия;

     - находим принужденные составляющие  тока или напряжения  после коммутации;

      - составляем уравнения входного сопротивления   (в цепи с  источником ЭДС) для послекоммутационного режима и приравниваем к нулю.     При этом реактивные сопротивления должны представляться в операторной форме ( или );

           -   после  преобразования  получаем  характеристическое уравнение,  куда

подставляем  значения заданных параметров и находим корни  и , которые определяют вид свободных составляющих  

 - записываем уравнение тока или напряжения в общем виде:               ;  ;                            

 - для  расчета необходимо еще одно уравнение, для  чего возьмем первую производную  тока  или напряжения u по времени ;          

-  записываем уравнения тока или напряжения и его производной  при ;

- по законам коммутации и уравнениям Кирхгофа для цепи после коммутации при  определяем зависимые начальные условия, находим закон  изменения тока или напряжения во времени ; в конкретной ветви схемы.

 

Рисунок 6.1

 

Определение независимых начальных условий.

Независимые начальные условия: ток в индуктивности  и напряжение на емкости  в момент времени .

Так как э.д.с Е постоянная, то и токи  и напряжения в электрической цепи в принужденном режиме до коммутации также постоянные, поэтому ток в емкости и напряжение на индуктивности равны нулю:

Для определения характера свободной составляющей необходимо получить характеристическое уравнение цепи после коммутации. Наиболее простой способ составления характеристического уравнения - это метод входного сопротивления.

Запишем входное сопротивление цепи после коммутации в комплексной форме . Входное сопротивление цепи можно рассматривать относительно любой ветви, кроме ветви с источником тока.

Комплексное входное сопротивление цепи  относительно ветви с источником  э.д.с. имеет вид:

В формуле  заменим  на  и полученное выражение  приравняем к нулю:  

 

Приравняем к нулю числитель выражения

Полученное уравнение является характеристическим уравнением цепи.

 

Значения  токов при  находят путем решения уравнений, составленных для цепи после коммутации по законам Кирхгофа, рассматриваемых при , и подставляя в них независимые начальные условия .

 

 

6.2 Операторный метод расчета переходных процессов      

 

Порядок расчета тока  или напряжения в разветвленных цепей операторным методом  заключается в следующем:  

- заменить заданную цепь расчетной операторной схемой замещения, в которой вместо ЭДС источников также стоят их операторные изображения;

- рассчитать схему замещения любым из известных методов;

- переходя от операторных функций к оригиналам, найти действительный ток или напряжение в ветви цепи при переходном режиме.

Эквивалентная операторная схема.

Задача имеет ненулевые начальные условия. Эквивалентная операторная схема содержит внутренние э.д.с.  и , положительные направления этих дополнительных внутренних э.д.с. приняты совпадающими с положительным направлением тока в данной ветви. Эквивалентная операторная схема изображена на рисунке 6.2.

 

                                     Рисунок 6.2

 

Токи  можно найти, используя законы Кирхгофа в операторной форме, метод контурных токов, метод узловых потенциалов, метод эквивалентного генератора.

Определим токи методом контурных токов. Так как  и  , контурные уравнения запишутся в виде:

 

Решив эти уравнения, найдем токи .

 

6.3 Интеграл Дюамеля

 

Порядок расчета тока  или напряжения в разветвленных цепях с помощью интеграла Дюамеля, заключается в следующем:  

1)     Определение функции  (или ) для исследуемой цепи.

2)     Запись выражения  (или ) путем формальной замены на .

3)     Определение производной

4)     Подстановка найденных функций и интегрирование определенного интеграла Дюамеля.

 

6.4 Спектральный метод анализа электрических цепей

 

Порядок расчета спектрального метода анализа электрических цепей заключается в следующем:  

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

2) Определение комплексной передаточной функцию цепи  или .

3) Определение спектральной плотности реакции цепи  или :

,         .

 

Список литературы

 

1.     Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Т.1. – Санкт-Петерберг. Питер, 2003.-463 с.

2.      Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л. Теоретические основы электротехники. Т.2. – Санкт-Петерберг. Питер, 2003.-576 с.

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

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

5.     Сборник задач по теоретическим основам электротехники /Л.Д.Бессонов, И.Г.Демидова, М.Е.Заруди и др.-М.: Высшая школа, 2003.-543 с.

6.     Денисенко В.И., Зуслина Е.Х. Теоретические  основы электротехники: Учебное пособие. – Алматы.: АИЭС, 2000. – 83 с.

  

Сводный план 2011 г., поз. 109