Название: Основы теории цепей - Путеводитель по курсу (автор неизвестен)

Жанр: Информатика

Просмотров: 1120


Часть i

1.  Предмет и место дисциплины в подготовке специалистов в области радиотехники. Теория электромагнитного поля и теория цепей.

2.  Основные понятия теории цепей (схемы замещения, пассивные, автономные и неавтономные активные элементы и схемы, топологические понятия и уравнения, компонентные уравнения).

3.  Классификация цепей. Задачи анализа. Принцип дуальности.

4.  Линейные цепи постоянного тока, их свойства и методы расчета: непосредственное применение законов Кирхгофа, методы контурных токов и узловых напряжений, эквивалентные преобразования схем. Теоремы наложения, взаимности, компенсации, автономного двухполюсника.

5.  Нелинейные резистивные цепи. Нелинейные элементы и их вольт-амперные характеристики, статические и дифференциальные сопротивления. Графические и графоаналитические методы расчетов.

6.  Анализ линейных электрических цепей при гармонических воздействиях. Характеристики воздействий. Динамические (дифференциальные) уравнения цепей. Векторные диаграммы. Мощность в цепи гармонического тока.

7.  Анализ цепей в частотной области. Символический метод (метод комплексных амплитуд). Резонанс. Топографическая диаграмма.

8.  Уравнения состояния цепи в матричной форме. Формирование матричных уравнений цепей с независимыми и зависимыми источниками. Методы автоматизированного анализа цепей.

Анализ цепей с многополюсными элементами. Цепи с взаимной индуктивностью. Линейный трансформатор. Согласование нагрузки с источником по критерию максимальной мощности.

Частотные характеристики цепей. Системные функции цепей. Понятие о добротности, затухании и полосе пропускания. Колебательные цепи (одиночные и связанные колебательные контуры).

11.* Трёхфазные цепи.

Часть II

1. Теория линейных четырехполюсников. Первичные и характеристические параметры. Соединения четырехполюсников. Передаточные функции. Электрические фильтры.

2. Цепи с распределенными параметрами – длинные линии. Дифференциальные и комплексные уравнения. Погонные и характеристические параметры. Волновые процессы в длинной линии. Коэффициент отражения волны. Линия, согласованная с нагрузкой, линия без искажений, линия без потерь. Стоячие и смешанные волны.

3. Анализ цепей во временной области. Переходные процессы в цепях с сосредоточенными элементами. Законы коммутации. Классический метод анализа переходных процессов в простейших цепях с реактивными элементами и общий случай.

4.* Переходные процессы в длинных линиях.

5. Операторный метод анализа переходных процессов. Преобразование Лапласа, операторные схемы, переход от изображений к оригиналам.

Анализ цепей при обобщенном экспоненциальном воздействии. Комплексная частота. Операторные характеристики. Нули и полюсы операторных характеристик цепей.

6. Применение интегралов наложения при произвольных (негармонических) и импульсных воздействиях. Переходная и импульсная характеристики цепей.

7. Метод переменных состояния цепи и численное интегрирование дифференциальных уравнений цепей с помощью компьютера.

8.* Основы синтеза двухполюсников и четырехполюсников.

 

Примечание. Звездочками обозначены темы, изучение которых не является обязательным для подготовки бакалавров. По этим темам могут быть прочитаны лекции и проведены практические занятия при подготовке магистров, а также по желанию студентов могут быть прочитаны факультативные лекции и организованны коллективные и индивидуальные консультации.

Порядок изучения дисциплины

Дисциплина «Основы теории цепей» изучается в 3 и 4 семестрах. Учебный план отводит на изучение этой дисциплины от 260 до 306 часов: из них 153 часа аудиторных занятий и, в зависимости от специальности студентов, от 107 до 153 часов самостоятельной работы студентов. Студенты выполняют 4 расчетно-графических задания (РГЗ) и в 4 семестре – курсовую работу. В каждом семестре студентам выдаются по 6 индивидуальных задач, которые выполняются в виде домашних контрольных работ. По окончании 3 семестра студенты сдают экзамен, а по окончании 4 семестра – зачет. При защите курсовой работы проставляется дифференцированный зачет.

Календарно-тематический план 3 семестра

Темы и недели

изучения

Лабораторные

работы

Упражнения

Индивидуальные

домашние

задачи

РГЗ

(недели)

1. Введение и цепи постоянного тока

(1 – 3).

2. Нелинейные резистивные цепи (4 – 5).

3. Цепи переменного тока (5 – 11).

4. Методы автоматизированного расчета

(12 – 13)

5. Частотные характеристики, колебательные цепи (14 – 17)

№ 1

№ 2        1й

№ 19    цикл

 

 

 

 

 

№ 4

№ 16       2й

№ 8       цикл

 

3 занятия

 

1 занятие

 

3 занятия

 

2 занятия

 

№ 1

 

№ 2

 

№ 3

 

№ 4

№ 5

 

№ 6

РГЗ

№ 1

(4 – 8)

 

РГЗ

№ 2

(11 – 14)

 

Экзамен                                    В период экзаменационной сессии.

Календарно-тематический план 4 семестра

Темы и недели

изучения

Лабораторные

работы

Упражнения

Индивидуальные

домашние

задачи

РГЗ

и курсовая

работа

(недели)

1. Четырехполюсники (1 – 3)

2. Длинные линии) (4 – 8).

3. Переходные процессы

(8 – 13).

4. Цепи при импульсных воздействиях

(14 – 15).

5. Частотные электрические фильтры

(16 – 17).

№ 7

№ 11          1й

№ 20        цикл

 

 

 

 

 

№ 14

№ 15          2й

№ 17         цикл

2 занятия

 

2 занятия

 

3 занятия

 

1 занятие

№ 7

№ 8

№ 9

 

№ 10

№ 11

№ 12

Курсовая работа

(5 – 11)

РГЗ

№ 3

(8 – 12)

РГЗ № 4

(13 – 15)

Зачет (16 – 17)

 

Подсчет баллов для определения рейтинга и итоговой оценки за семестр при максимальной оценке 5, числе работ «n» и весовом показателе «k» производится в соответствии с нижеприведенной таблицей:

 

Вид работы

n

k

Максимальная

сумма

баллов

Таблица соответствий

Лабораторные

6

1

30

Баллы

Оценка

Инд. задачи

6

1

30

55–70

удовлетв.

РГЗ

2

2

20

71–90

хорошо

Экзамен

1

4

20

91 и более

отлично

 

Студент может получить в течение семестра дополнительные баллы за оригинальность, обстоятельность ответов, качество оформления решений задач и выполнения отчетов, за участие в олимпиаде, за качество конспекта лекций, за полезную активность на практических занятиях.

Минимальное число баллов, при которых студент допускается к экзамену или итоговому зачету, – 40. Выполнение всех без исключения лабораторных работ, расчетно-графических заданий, курсовой работы является обязательным. При достаточном числе баллов (см. таблицу соответствий – 71 балл и более) студент по его желанию может быть освобожден от экзамена. Накопленное число баллов не принимается во внимание в двух случаях: 1) если на все вопросы экзамена получены отличные ответы и 2) если за ответы на экзамене получена неудовлетворительная оценка.

Зачет выставляется автоматически, если число баллов в четвертом семестре превысит 55.

Расчетно-графические задания

РГЗ № 1. Анализ линейной электрической цепи

постоянного тока

Для заданной схемы и параметров, сформированных с помощью компьютера:

Рассчитать токи ветвей методом контурных токов.

Проверить расчет по законам Кирхгофа и составить баланс мощностей для ИСХОДНОЙ схемы.

Вычислить ток в ветви № 2 методом узловых напряжений.

Вычислить ток в ветви № 3 методом наложения (частичный ток от действия источника тока вычислить методом пропорционального пересчета).

Вычислить ток в ветви № 4 ИСХОДНОЙ схемы методом эквивалентного источника.

Примечание: 1. Заданные положительные направления токов (от начала к концу ветви) сохранять при любом методе расчета.

2. Итоги всех расчетов свести в таблицу на первой странице отчета и здесь же приклеить карточку данных задания.

 

Методы расчета

Вычисленные значения

1. Контурных токов

D

I1

I2

I3

I4

I5

I6

 

 

 

 

 

 

 

Баланс мощностей

Pген =

Pпотр =

2. Узловых потенциалов (напряжений)

Dj

j1

j2

j3

j4

I2

 

 

 

 

 

 

3. Наложения

I3J =

I3E =

I3 =

4. Эквивалентного источника

Rвх

Uхх

I4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РГЗ № 2. Анализ линейной электрической цепи

при гармоническом воздействии

1. Произвести разметку зажимов индуктивно связанных катушек. Составить системы уравнений по законам Кирхгофа в дифференциальной форме для мгновенных значений и в алгебраической форме для комплексных амплитуд.

2. Рассчитать токи в ветвях методом комплексных амплитуд. Записать мгновенные значения токов.

3. Составить баланс мощностей и определить показания ваттметров для ИСХОДНОЙ схемы.

4. Построить для ИСХОДНОЙ схемы топографическую диаграмму напряжений, совместив ее с векторной диаграммой токов.

Примечание: то же, что и к РГЗ № 1.

 

Вычисленные значения

Z1

Z2

Z3

U020

I1

I2

I3

Алгебраическая форма

Показательная форма

 

 

 

 

 

 

 

Баланс мощностей

Показания ваттметров

Pген

Qген

Pпотр

Qпотр

PW1

PW2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РГЗ № 3. Переходный процесс в цепи

с сосредоточенными параметрами

Найти переходный ток на входе цепи второго порядка, изображенной на схеме, и построить график его изменения в функции времени. ЭДС источника задана в виде e(t) = Emcos(106t + Ye).

Примечания: 1. Принужденную составляющую тока рекомендуется найти методом комплексных амплитуд (т. е. символическим методом), а свободную составляющую – операторным.

2. Если наибольшее значение свободной составляющей окажется значительно меньшим по сравнению с амплитудой принужденной составляющей, то допускается раздельное построение этих составляющих на чертеже в разных масштабах (без суммирования).

 

РГЗ № 4. Переходный процесс в цепи

при импульсном воздействии

На вход схемы первого порядка подается импульсное напряжение u(t), заданное графиком. Рассчитать при помощи переходной или импульсной характеристик и интеграла Дюамеля переходный ток, указанный стрелкой на схеме, и построить график его изменения в функции времени.

Схемы и данные заданий № 3 и 4 приведены на плакатах в лаборатории теории цепей и на стендах кафедры.

Варианты схем и цифровых данных расчетно-графических заданий № 3 и 4 выбираются по формулам:

номер схемы Nсх= n – 15 ENT;

номер строки цифровых данных и графика импульса

N = (n + k) – 14 ENT,

где n – порядковый номер фамилии студента в списке группы; k – условный номер группы (указывается преподавателем); ENT(x) – целая часть числа х.

Темы индивидуальных домашних задач

1. Вычисление входных сопротивлений резистивных схем и напряжений между двумя точками при источниках ЭДС и тока.

2. Расчет разветвленных резистивных цепей любым методом.

3. Расчет нелинейных резистивных цепей графоаналитическим методом.

4. Последовательные или параллельные соединения пассивных элементов в цепях гармонического источника. Треугольники сопротивлений (проводимостей), мощностей.

5. Расчет разветвленных цепей гармонического тока. Общий случай; цепи, содержащие взаимную индуктивность; топографические диаграммы; показания ваттметров.

6. Последовательный и параллельный колебательные контуры.

7. Четырехполюсники. Первичные и вторичные параметры.

8. Длинные линии (с потерями и без потерь), первичные и вторичные параметры.

9. Переходные процессы: начальные условия и их определение.

10. Переходные процессы в цепях первого порядка сложности при источниках постоянного напряжения или тока.

11. Переходные процессы в цепях первого порядка сложности с гармоническими или смешанными воздействиями.

12. Переходные и импульсные характеристики. Интеграл Дюамеля.

 

 

 

 

 

ОБРАЗЕЦ

Министерство образования и науки

Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Общей электротехники

 

Расчетно-графическое задание № 1

Анализ линейной электрической цепи

постоянного тока

 

       Выполнил:                                      Проверил:

 

О Ц Е Н К А

Выполнение

Защита

Общая

 

 

 

Студент ________________

Группа _________________

Дата ___________________

 

Преподаватель _____________

 

Новосибирск

2005 (или 2006)

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ К ЗАЩИТЕ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

(ПРИМЕРЫ, ИЛЛЮСТРИРУЮЩИЕ ХАРАКТЕР

И ФОРМУ ВОПРОСОВ)