Методические указания и контрольные задания №3 и №4 по курсу теория электрических цепей для студентов заочного факультета 3 курса (стр. 1 из 11)

Государственный комитет РФ по связи и информатизации

Сибирский государственный университет телекоммуникаций
и информатики

В.П. Бакалов, В.М. Рожков

Методические указания

и контрольные задания № 3 и № 4

по курсу

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

для студентов заочного факультета

3 курса

Новосибирск 1999

УДК 621.3.01

Д.т.н., профессор В.П. Бакалов, к.т.н., доцент В.М. Рожков. Методические указания и контрольные задания № 3 и № 4 по курсу теория электрических цепей для студентов заочного факультета 3 курса.

Рассматриваются разделы курса ТЭЦ, изучаемые на 3 курсе заочного факультета (5 и 6 семестры). Приводятся контрольные задания, составленные по стовариантной системе. Даны решения типовых задач.

Кафедра ТЭЦ.

Ил. 18, табл. 8.

Рецензент

Для специальностей 200900, 201000, 201100, 201200.

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве методических указаний.

ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Методические указания посвящены разделам курса ТЭЦ, которые изучаются студентами заочного факультета на 3 курсе в 5-ом и 6-ом семестрах.

Для самостоятельной работы студенту достаточно иметь учебник [1] и задачник [2]. В отсутствие указанной литературы могут быть рекомендованы учебники [3 ¸ 6], задачник [7] и учебное пособие [8]. Особое внимание следует обратить на приобретение навыков решения задач. Примеры на решения типовых задач приведены в [2, 7] и в настоящих методических указаниях.

Домашние контрольные работы, проверенные и исправленные согласно всем замечаниям рецензента, предъявляются на зачете или экзамене. Студент должен быть готов дать пояснения по решению каждой задачи в контрольной работе и по исправлениям ошибок, указанных рецензентом.

Для помощи в самостоятельной работе кафедра ТЭЦ организует индивидуальные консультации (по расписанию). Иногородние студенты могут получить письменную консультацию, направив свои вопросы письмом на кафедру.

Для вызова на зимнюю лабораторно-экзаменационную сессию студент должен выполнить контрольную работу № 3, для вызова на весеннюю сессию должен выполнить контрольную работу № 4 и курсовую работу. Контрольные и курсовая работы должны быть высланы по почте или переданы лично на проверку в центр обработки контрольных работ университета не позже, чем за четыре недели до начала соответствующей лабораторно-экзаменационной сессии.

На зимней сессии студент (по расписанию своей группы) прослушивает по ТЭЦ 10 двухчасовых лекций, посещает 4 двухчасовых упражнения, выполняет 4 двухчасовые лабораторные работы. В конце сессии студент сдает зачет по ТЭЦ. Билеты на зачете содержат одну задачу и один теоретический вопрос.

На весенней сессии по ТЭЦ полагается 7 двухчасовых лекций, 6 двухчасовых лабораторных занятий. Завершается сессия по ТЭЦ защитой курсовой работы и экзаменом. Билеты на экзамене содержат одну задачу и два теоретических вопроса.

Вопросы и задачи в билетах на экзамене и на зачете приближены к вопросам, перечисленным ниже в методических указаниях по изучаемым темам и к вопросам для самоконтроля.

Список литературы

1. Бакалов В.П., Воробиенко П.П., Крук Б.И. Теория электрических цепей. М.: Радио и связь. 1998.

2. Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по теории линейных электрических цепей. Учебное пособие для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: «Высшая школа». 1990.

3. Бакалов В.П., Игнатов А.Н., Крук Б.И. Основы теории электрических цепей и электроники. М.: Радио и связь. 1989.

4. Андреев Б.С. Теория нелинейных электрических цепей. М.: Радио и связь. 1982.

5. Белецкий А.Ф. Теория линейных электрических цепей. М.: Радио и связь. 1986.

6. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь. 1986.

7. Воробиенко П.П. Теория линейных электрических цепей. Сб. задач и упражнений. М.: Радио и связь. 1989.

8. Бакалов В.П., Журавлева О.Б., Крук Б.И. Теория электрических цепей. Учебное пособие для дистанционного обучения. Новосибирск: Из-во СИБГАТИ. 1998.

Методические указания к разделам курса,
изучаемым в пятом семестре

Переходные процессы в линейных
электрических цепях. Классический
метод анализа

[1. Гл. 6]; [2. Гл. 8]; [3. §§ 7.1 – 7.6]; [5. Гл. 4, Гл. 8]; [7. Гл. 8]; [8. стр. 112 – 133].

Изучаемые вопросы

1. Переходный режим электрических цепей. Законы коммутации.

2. Классический метод расчета переходных процессов.

3. Переходные процессы в цепях первого порядка.

4. Переходные процессы в цепях второго порядка.

5. Включение RLC-контура на постоянное и гармоническое напряжение.

6. Переходные процессы в разветвленных цепях.

Пояснения к изучаемым вопросам

1. Обратить внимание на то, что в ходе переходного процесса в электрических цепях обязательно происходит изменение энергии электрического поля в емкостных элементах цепей (изменение напряжения на емкости) и изменение энергии магнитного поля в индуктивных элементах (изменение тока в индуктивности).

2. Функция, описывающая ток или напряжение в цепи во время переходного процесса, в общем случае имеет вид:

где

– принужденная (установившаяся) составляющая, а

– свободная составляющая переходного процесса. Принужденная составляющая определяет ток или напряжение в цепи после окончания переходного процесса, т.е. их значение в установившемся (стационарном) состоянии после коммутации. В цепях постоянного тока это постоянная величина, в цепях гармонического тока это функция времени. Рассчитывается

при t = ¥.

Полезно иметь ввиду, что в цепях постоянного тока ток через емкость при

и t = ¥ всегда равен нулю и что напряжение на индуктивности при

и t = ¥ тоже всегда равно нулю.

3. Обратить внимание на физический смысл постоянных времени неразветвленных цепей RL и RC:

В цепи RL. Чем больше L, тем больше может измениться энергия магнитного поля

, тем дольше будет протекать процесс изменения ее. Чем больше R, тем меньше изменение тока

, тем меньше изменение

, тем быстрее переходный процесс.

В цепи RC. Чем больше C, тем больше энергия электрического поля

, тем дольше она будет изменяться. Чем больше R, тем меньше изменение тока в цепи, тем медленнее изменение напряжения на емкости.

Теоретически переходный процесс заканчивается при t = ¥. Практически длительность переходного процесса связывают с требуемой точностью расчета. Например, если допустимая погрешность расчетов составляет 5%, то длительность переходного процесса определяется временем 3t от момента возникновения процесса.

4. Основные особенности анализа рассматриваются на примере, описывающем разряд емкости на цепь RL. Обратить внимание на то, что переходный процесс в этом случае может иметь апериодический, колебательный или критический характер. Необходимо уметь объяснить временные диаграммы процесса для каждого случая.

При апериодическом разряде свободная составляющая процесса определяется суммой двух экспонент. Тогда длительность разряда будет определяться экспонентой, имеющей бóльшую постоянную времени.

При колебательном характере кривые тока разряда и напряжений на L и на С расположены «внутри» огибающих экспонент, которые определяются функцией вида exp(–at). Длительность переходного процесса зависит от постоянной времени этих экспонент, равной

При критическом характере кривые процесса аналогичны кривым при апериодическом разряде, но имеют меньшую длительность.

5. Обратить внимание на временные диаграммы изменения токов и напряжений.

6. Разобрать решения задач в [1. §. 6.6], в [2. № 8.26].

Операторный метод анализа переходных
процессов в линейных цепях

[1. Гл. 7]; [2. Гл. 9]; [3. § 7.7]; [5. Гл. 9]; [7. §§ 9.1, 9.2].

Изучаемые вопросы

1. Преобразование Лапласа и его свойства.

2. Теорема разложения.

3. Расчет переходных процессов операторным методом.

4. Операторные передаточные функции.

Пояснения к изучаемым вопросам

1. Обратить внимание на изображения по Лапласу единичной функции, единичной импульсной функции, экспоненциального сигнала.

Для иллюстрации применения свойств преобразования Лапласа рассмотрим два примера.

а). Дано:

и, что

Тогда изображение напряжения на индуктивности будет: