4. Задание

Выписать из табл. 1 и 2 условия задания и выполнить следующее:

1. Начертить схему электрической цепи с обозначением узлов и элементов ветвей.

2. Рассчитать переходный процесс классическим методом: т.е. определить зависимости от времени мгновенных значений всех токов схемы и напряжений на всех ее пассивных элементах.

3. Рассчитать переходный процесс операторным методом, результаты сравнить с классическим.

4. Построить графики переходных процессов всех токов и напряжений на реактивных элементах.

5. Определить энергию, рассеиваемую на одном из резисторов цепи в переходном процессе.

Примечание: символу «К» соответствует разомкнутое состояние ключа до коммутации, символу «К» - замкнутое.

5. Указания к выбору варианта

Вариант курсовой работы выбирается студентом по двум последним цифрам зачетной книжки :

- номер схемы - по двум последним цифрам шифра;

- номер численных данных - по последней цифре шифра.

Например, студент, в зачетной книжке которого шифр заканчивается цифрами 58, выбирает из таблицы 1 вариант схемы 56-60, а из таблицы 2 численных данных для номера варианта 51-100 последняя цифра 8.

Таблица 1 - Логическое содержание электрической цепи

Таблица 2 - Значения параметров цепи

6. Методические указания по выполнению курсовой работы

Срок выполнения курсовой работы указывается ведущим преподавателем. Перед защитой работа сдается на предварительную проверку.

При расчете переходных процессов классическим методом необходимо находить решение неоднородных дифференциальных уравнений в после коммутационных режимах. Общее решение этих уравнений представляет собой переходный ток или напряжение. Характер переходного процесса определяется видом корней характеристического уравнения.

Операторный метод позволяет с помощью эквивалентной схемы замещения решать систему алгебраических уравнений, где все величины и параметры схемы представлены в операторной форме. Следует уметь находить оригинал по его операторному изображению с помощью таблиц или теоремы разложения.

По результатам расчетов построить графики переходных токов и напряжений.

Зачет с оценкой по курсовой работе служит для того, чтобы проверить и оценить уровень как теоретических, так и практических знаний, навыков, полученных при выполнении курсовой работы. При выставлении оценки учитывается правильность произведенных расчетов, состояние пояснительной записки, аккуратность выполнения, соблюдение ГОСТ и ЕСКД при оформлении курсовой работы, а так же умение студента дать объяснение расчетов, составления уравнений и знание основных законов и определений. Перед защитой студентам предлагается перечень вопросов, на которые следует дать ответ при защите курсовой работы. Оценка знаний осуществляется по пятибальной системе.

7. Контрольные вопросы для защиты

1. Какой режим цепи называется установившимся?

2. Какие процессы в электрической цепи называются переходными?

3. Назвать причину возникновения переходного процесса.

4. Что называется начальными условиями?

5. Что называется независимыми условиями и как их определить?

6. Что называется зависимыми начальными условиями и как их определить?

7. Какие элементы являются накопителями энергии?

8. В цепях, с какими элементами может возникнуть переходный процесс?

9. Сформулировать законы коммутации.

10. Какими уравнениями описываются переходные процессы в электрически цепях? И от чего зависит порядок этих уравнений?

11. Записать решение дифференциального уравнения при классическом методе расчета переходных процессов.

12. Чем определяется вид свободной составляющей в уравнении, представляющем собой решение дифференциального уравнения второго порядка?

13. Записать свободную составляющую при апериодическом переходном процессе.

14. Записать свободную составляющую при предельно-апериодическом переходном процессе.

15. Записать свободную составляющую при колебательном переходном процессе.

16. Записать в дифференциальной форме ток конденсатора.

17. Записать в дифференциальной форме ток на катушке индуктивности.

18. Каковы смысл и достоинства операторного метода расчета переходных процессов?

19. Записать в операторной форме индуктивное сопротивление.

20. Записать в операторной форме емкостное сопротивление.

21. Записать в операторной форме резистивное сопротивление.

22. Как обозначаются ток, напряжение и ЭДС в операторной форме?

23. Записать в операторной форме напряжение на катушке.

24. Записать в операторной форме напряжение на конденсаторе.

25. Записать закон Ома в операторной форме.

26. Записать первый закон Кирхгофа в операторной форме.

27. Записать второй закон Кирхгофа в операторной форме.

28. Какие методы, аналогичные методам расчета цепей постоянного и переменного синусоидального тока, используются при расчете переходных процессов операторным методом?

29. Какими способами осуществляется переход от функции изображения (операторная форма) к функции оригинала?

30. Записать теорему разложения и объяснить порядок пользования ею.

Цель работы: исследование переходных процессов в цепях второго порядка, структура которых вследствие коммутации периодически изменяется; определение влияния значений элементов цепи на характер переходных процессов.

Элементы и приборы: источник постоянного напряжения с регулируемой ЭДС

Е₂ = 0 - 24 В. С внутренним сопротивлением R_вт = 2 Ом; электронный ключ с частотой коммуникации f = 50 Гц; резистор R₂ = 50 Ом; блок переменного сопротивления

R₄ =1 – 999 Ом; резисторы R₂ = 50 Ом, R₃ = 100 Ом, R ₆ = 300 Ом, катушка индуктивности L₁ = 0,68 Гн с активным сопротивлением R_к1 = 60,2 Ом; конденсатор C₁₅ = 1 мкФ; двухканальный осциллограф.

б)

в)

Рис. 1 а)

Рис. 2

Экспериментальная часть

1. Исследовать переходные процессы в цепи, структура которой изменяется в зависимости от положения электронного ключа (ЭК). Для этого:

а) собрать цепь по схеме рис. 1, а, установив E₂ = 10 В

б) подключить осциллограф по схеме рис. 1, б и зарисовать с экрана осциллографа кривые напряжения U_R и U_L. (шток фазового сдвига выдвинут);

в) подключить осциллограф по схеме рис. 1, в и зарисовать с экрана кривые напряжения U_R и U_С.

2. Собрать цепь по схеме рис. 2 (R₄=100 Ом, входное напряжение источника E₂ =10 В).

3. Подключить один из каналов осциллографа параллельно конденсатору C₁₅ , затем к резистору R₂ и зарисовать с экрана кривые изменения напряжений U_R , U_C для двух положений электронного ключа.

4. Для схемы рис. 2 рассчитать такое значение R₄ , при котором при размыкании и замыкании электронного ключа переходные процессы имеют колебательный характер.

размыкающийся ключ:

- не зависит от R₄ ;

замыкающийся ключ:

Ом; Ом R₄ > 400 Ом.

5. Установить полученное значение R₄ . Повторить п.3.

Расчетная часть

1. Объяснить вид переходных процессов в цепи рис. 1. Рассчитать постоянные времени переходных процессов в цепи при замыкании и размыкании ключа.

при замыкании ключа:

с^-1

мс

переходный процесс первого порядка

при размыкании ключа:

мс

переходный процесс второго порядка, колебательного характера

2. Объяснить вид переходных процессов в цепи рис.2 – тока в катушке индуктивности и напряжения на конденсаторе для двух положений ключа. Рассчитать постоянные времени переходных процессов при замыкании и размыкании электронного ключа.

при размыкании ключа:

мс

последовательное соединение R,L,C

переходный процесс второго порядка, колебательного характера

при замыкании ключа:

с^-1 ; с^-1

мс

переходный процесс второго порядка, апериодического характера

3. Для схемы рис.2, при замкнутом ключе, нарисовать операторную схему. Составить систему уравнений в операторной форме.