курсовая / 00_course_work_report

2023 «Курсовая_работа.docx»

РЕФЕРАТ

Курсовая работа 88 страниц, 52 рисунка.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ, РАЗВЕТВЛЁННАЯ ЦЕПЬ, РЕЗИСТИВНАЯ ЦЕПЬ, ПОСТОЯННЫЙ ТОК, СИНУСОИДАЛЬНЫЙ ТОК, ЗАКОНЫ КИРХГОФА, МЕТОД КОНТУРНЫХ ТОКОВ, МЕТОД УЗЛОВЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ, МЕТОД ДВУХ УЗЛОВ, МЕТОД НАЛОЖЕНИЯ, МЕТОД ЭКВИВАЛЕНТНОГО ГЕНЕРАТОРА, БАЛАНС МОЩНОСТЕЙ,

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ, ОПЕРАТОРНЫЙ АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ, ВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ЦЕПЕЙ.

Цель работы – изучение методов расчёта токов и напряжений на различных составляющих различных цепей при постоянном и переменном токах источников; изучение методов спектрального, операторного, временных анализов цепей.

В процессе работы проводилось изучение методов расчёта различных электрических цепей, методов анализа цепей.

По итогу работы: были изучены методы расчёта разветвлённых резистивных цепей постоянного тока, разветвлённых цепей синусоидального тока; изучены методы спектрального, операторного, временного анализов цепей; получены различные характеристики различных цепей.

2

2023 «Курсовая_работа.docx»

ВВЕДЕНИЕ

Цель этой работы – рассчитать различными методами токи в разветвлённой резистивной цепи постоянного тока; рассчитать различными методами комплексные токи в разветвлённой цепи синусоидального тока;

произвести спектральный, операторный и временной анализы цепи.

Задачи работы заключаются в следующем:

1.Начертить схему исходной резистивной цепи постоянного тока;

2.Рассчитать необходимые параметры элементов исходной резистивной цепи постоянного тока в соответствии с вариантом работы (вариант равен

5 в рамках задачи);

3.Рассчитать токи во всех ветвях исходной резистивной цепи постоянного тока следующими методами:

3.1.Методом уравнений Кирхгофа;

3.2.Методом контурных токов;

3.3.Методом узловых потенциалов;

3.4.Методом двух узлов;

3.5.Методом наложения;

3.6.Рассчитать ток в сопротивлении R1 методом эквивалентного генератора ЭДС;

3.7.Рассчитать ток в сопротивлении R2 методом эквивалентного генератора тока;

4.Рассчитать баланс мощностей для исходной резистивной цепи постоянного тока;

5.Проверить баланс мощностей для исходной резистивной цепи постоянного тока с помощью ЭВМ.

6.Начертить схему исходной разветвлённой цепи синусоидального тока;

3

2023 «Курсовая_работа.docx»

7.Рассчитать необходимые параметры элементов исходной разветвлённой цепи синусоидального тока в соответствии с вариантом работы (вариант равен 5 в рамках задачи);

8.Рассчитать комплексные токи во всех ветвях исходной разветвлённой цепи синусоидального тока следующими методами:

8.1.Методом уравнений Кирхгофа, построить векторную диаграмму токов;

8.2.Методом контурных токов;

8.3.Методом узловых потенциалов;

8.4.Методом двух узлов;

8.5.Методом наложения;

8.6.Рассчитать комплексный ток в сопротивлении R1 методом эквивалентного генератора ЭДС; построить кривую изменения найденного тока по времени;

8.7.Рассчитать комплексный ток в сопротивлении R2 методом эквивалентного генератора тока;

9.Рассчитать баланс комплексных мощностей для исходной разветвлённой цепи синусоидального тока;

10.Проверить баланс мощностей для исходной резистивной цепи постоянного тока с помощью ЭВМ.

11.Начертить схему исходной цепи четырёхполюсника;

12.Рассчитать необходимые параметры элементов исходной цепи четырёхполюсника в соответствии с вариантом работы (вариант равен 5 в

рамках задачи);

13.Определить следующие характеристики цепи:

13.1.Комплексную передаточную функцию по напряжению Н(jω) (построить графики её АЧХ H(ω) и ФЧХ θ(ω); по эквивалентным схемам цепи для ω = 0 и ω = ∞ определить значения H(0) и H(∞) и по этим значениями проверить правильность расчёта АЧХ;

13.2.Операторную передаточную функцию по напряжению H(p);

13.3.Переходную характеристику g(t), построить график;

4

2023 «Курсовая_работа.docx»

13.4.Импульсную характеристику h(t), построить график.

14.Определить SВХ(jω) – комплексную спектральную плотность сигнала,

рассчитать и построить график амплитудного спектра SВХ(ω);

15.Определить SВХ(jω) – комплексную спектральную плотность сигнала на выходе цепи; рассчитать и построить график амплитудного спектра

SВХ(ω);

16.Определить функцию мгновенного напряжения на выходе цепи UВЫХ(t);

построить график.

5

2023 «Курсовая_работа.docx»

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1 ПОСТАНОВКА ВОПРОСА

В курсовой работе необходимо рассчитать токи в ветвях различных исходных цепей; построить графики и векторные диаграммы, где необходимо;

провести анализ четырёхполюсника одним из доступных методов. Расчёты произвести любым удобным способом (с помощью программ, математических пакетов, калькулятора), расчёты необходимо, проверить с помощью программы Micro-Cap (где это требуется по заданию).

2 ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.1 РАСЧЁТ ТОКОВ В РЕЗИСТИВНОЙ ЦЕПИ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Необходимо рассчитать разными методами токи во всех ветвях (I1, I2, I3, I4) исходной резистивной цепи постоянного тока (рисунок 1). Расчёты производились с помощью программы Mathcad Prime 8, расчётный лист представлен в конце раздела 2.1 (пункт 2.1.9).

6

2023 «Курсовая_работа.docx»

Рисунок 1. Схема исходной резистивной цепи постоянного тока.

Исходная цепь состоит из четырёх резисторов (R1, R2, R3, R4) с

сопротивлениями R1 = 6 Ом, R2 = 7 Ом, R3 = 8 Ом, R4 = 9 Ом; двух источников ЭДС (V1(E1), V2(E2)) с ЭДС E1 = 15 В, E2 = 10 В. Расчёт сопротивлений и ЭДС производился по следующим формулам:

где N – это номер варианта (вариант равен 5 в рамках задачи).

Так как резисторы R3 и R4 расположены последовательно, их можно заменить на их общее сопротивление R`, равное сумме R3 и R4. Эквивалентный ток I` равен токам I3 и I4 и сонаправлен им.

7

2023 «Курсовая_работа.docx»

2.1.1 РАСЧЁТ ТОКОВ В ВЕТВЯХ МЕТОДОМ УРАВНЕНИЙ

КИРХГОФА

Для расчёта токов в ветвях методом уравнений Кирхгофа необходимо выбрать направления обхода контуров и направления токов в узле (в рамках задачи в узле 1). Исследуемая цепь с дополнительными данными,

необходимыми для расчёта методом уравнений Кирхгофа, представлена ниже

(рисунок 2).

Рисунок 2. Исследуемая цепь с выбранными направлениями обхода контуров и токов в

узле.

Следующим шагом необходимо рассчитать количество уравнений в системе, исходя из двух законов Кирхгофа.

Для первого закона Кирхгофа количество уравнений (y) рассчитывается по следующей формуле:

где Nу – число узлов в цепи (для исходной цепи число узлов равно двум).

Таким образом, для исходной цепи число уравнений для первого закона Кирхгофа равно одному.

8

2023 «Курсовая_работа.docx»

Для второго закона Кирхгофа количество уравнений (k) рассчитывается по следующей формуле:

где NВ – число ветвей (для исследуемой цепи число ветвей равно трём);

NТ – число источников тока (для исследуемой цепи число источников тока равно нулю).

Таким образом, для исследуемой цепи число уравнений для второго закона Кирхгофа равно двум.

После расчёта количества уравнений, необходимо составить уравнения для обоих законов Кирхгофа.

Для первого закона Кирхгофа уравнение составляется по следующему правилу: все токи, выходящие из узла, имеют один и тот же знак; все токи,

входящие в узел, имеют один и тот же противоположный знак, а сумма токов равна нулю. Тогда уравнение для исходной цепи будет иметь вид:

Для второго закона Кирхгофа уравнения составляются по следующему правилу: алгебраическая сумма падений напряжений должна быть равна алгебраической сумме ЭДС:

m n

где m – число сопротивлений в ветви;

Rk Ik – падение напряжения в k-ой ветви,

n – число источников ЭДС в ветви;

Ek – сумма ЭДС в k-ой ветви.

9

2023 «Курсовая_работа.docx»

Систему необходимо решить любым удобным способом. Решение системы – токи в ветвях.

2.1.2 РАСЧЁТ ТОКОВ В ВЕТВЯХ МЕТОДОМ КОНТУРНЫХ ТОКОВ

Для расчёта токов в ветвях методом контурных токов необходимо выбрать направления обхода контуров и направления токов в ветвях.

Исследуемая цепь с дополнительными данными, необходимыми для расчёта методом контурных токов, представлена ниже (рисунок 3).

Рисунок 3. Исходная цепь с выбранными направлениями контурных токов и токов в узле.

10