Теория электрических цепей

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  ЦЕПЕЙ

3 кредита (135 ч.)

 

Авторы:

Д.т.н., профессор Кожаспаев Н.К.

К.т.н., доцент Иманбекова Т.Д.

Ст.преп., Мустафаева И.М.

 

Рецензеты:

К.т.н., доцент Коровченко Т.И.

К.т.н., доцент Денисенко В.И.

 

Пояснительная записка

      Типовая  учебная программа разработана  в соответствии государственными  обязательными стандартами образования  РК и ГОСО РК 3.08.078-2004 цикла общепрофессиональных  дисциплин высшего профессионального образования, утвержденного приказом №671 Министерства образования и науки РК от 7 августа 2004 года.

      Цель курса -  изучение одной из форм материи электромагнитного поля и его проявлений в различных устройствах техники: усвоение современных методов моделирования электромагнитных процессов, методов анализа и расчета электрических цепей, знание которых необходимо для понимания и успешного решения инженерных проблем будущей специальности.

      Задачи изучения дисциплины: Изучение ТЭЦ должно способствовать выработке развитых представлений о методах применения теории и методологии.

      В результате  изучения курса ТЭЦ студенты  должны:

      - знать:  основные понятия и определения,  используемые в ТЭЦ, основные  законы, методы анализа электрических  цепей в установившихся и переходных  режимах, методы синтеза;

      -уметь:  составлять уравнения состояния  цепи, характеризующие работу цепи, рассчитывать токи в ветвях  и напряжения на участках при  заданных параметрах, рассчитывать  переходные процессы в цепях  с одним и несколькими накопителями  энергии, производить спектральный  анализ при несинусоидальных  воздействиях, проводить анализ  нелинейных цепей.

      -иметь навыки: применения знаний и умений  в специальных расчетах, таких   как расчет и синтез фильтров, четырехполюсников; условий передачи  информации и сигналов без  искажений.

      Современная  теория электрических цепей опирается  на фундаментальные дисциплины: физику и математику. Она органически  включает в себя многие положения  из разделов физики: электричество,  магнетизм, электростатика, электромагнитные  колебания и волны. Многообразны  математические методы, используемые  теорией цепей: матричные исчисления, векторная алгебра, теория функций  комплексной переменной, дифференциальные  и интегральные исчисления.

      Теория  электрических цепей в свою  очередь является базовой дисциплиной  для таких курсов как метрология, стандартизация и сертификация, электронные приборы и микроэлектроника, аналоговые и электронные устройства.

 

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ

 

      Цель, задачи  и содержание дисциплины. Роль  и место теории электрических  цепей среди дисциплин высшего  профессионального образования  электронного направления. Краткий  исторический очерк развития  теории электрических  цепей,  отражающий ее основные этапы.

      2.Основная часть

      2.1 Основные  понятия и определения и свойства  линейных электрических цепей:

      Классификация  электрических цепей. Электрический  ток, напряжение, энергия, мощность. Элементы и топология электрической  цепи. Теорема об активном двухполюснике. Теоремы Нортона и Тевенина. Принцип дуальности.

      2.2 Основные  законы и методы анализа линейных  электрических цепей постоянного  тока.

      Законы  Ома и Кирхгофа. Методы анализа  простых линейных цепей постоянного  тока. Метод контурных токов. Метод  узловых потенциалов. Метод наложения.  Метод эквивалентного активного  двухполюсника. Теорема Теледжена. Баланс мощности.

      2.3 Линейные  электрические цепи в режиме  гармонических воздействий.

      Основные  понятия и определения. Способы  представления гармонических колебаний.  Гармонические колебания в цепях  с резистивным элементом, индуктивным  элементом и емкостным элементом.  Установившиеся  гармонические колебания  при последовательном и параллельном  соединениях резистивных, индуктивных  и емкостных элементах. Понятие  о комплексной мощности. Резонансные  явления в линейных электрических  цепях. Частотные характеристики  пассивных двухполюсников. Анализ  разветвленных цепей при гармонических  воздействиях. Анализ сложных цепей  синусоидального тока. Трехфазные  электрические цепи. Анализ трехфазных  цепей при соединении потребителя  звездой. Анализ трехфазных цепей  при соединении потребителя треугольником.

      2.4 Индуктивно-связанные  цепи.

      Явление  взаимной индукции. Последовательное  и параллельное соединение индуктивно-связанных  элементов. Методы анализа сложных  индуктивно-связанных цепей. Понятие  об идеальном трансформаторе.

      2.5 Линейные  электрические цепи при периодических  негармонических воздействиях.

      Негармонические  э.д.с., напряжения и токи. Разложение негармонических функций в ряд Фурье. Комплексная форма ряда Фурье. Действующее и среднее значения негармонических токов и напряжений. Анализ линейных цепей при негармонических воздействиях. Расчет мощностей. Линейчатый спектр.

      2.6 Основы  теории четырехполюсников.

      Общие положения.  Основные уравнения четырехполюсника. Схемы соединения и схемы замещения  четырехполюсников. Характеристические  параметры четырехполюсников. Режимы  работы. Расчет четырехполюсников.  Передаточные функции четырехполюсников.

      2.7 Частотные  электрические фильтры.

      Классификация  фильтров. Низкочастотные, высокочастотные,  полосовые, заграждающие и мостовые  фильтры типа “m” , фильтры типа “k”, безиндукционные  фильтры.

      2.8 Цепи  с распределенными параметрами

    Общие положения. Уравнение однородной линии. Характеристика однородной линии. Длина волны и скорость распространения. Режимы работы линии. Частотные зависимости. Линии без потерь. Применение отрезков линии без потерь. Стоячие волны. Линии без искажений.

     2.9 Переходные  процессы линейных электрических цепях

     Общие понятия. Законы коммуникации. Методы анализа переходных процессов. Классический метод. Переходные процессы в цепях первого и второго порядков в разветвленных цепях. Оперативный метод. Преобразование Лапласа и его свойства. Оперативная схема замещения цепей. Оперативная передаточная функция. Дифференцирующие и интегрирующие цепи. Единичная функция. Переходная характеристика цепи. Интеграл наложения.

    2.10 Основы спектрального  анализа

    Непериодическое  воздействие. Преобразование Фурье  и их свойства. Амплитудно-частотные  и фазочастотные характеристики. Применение спектрального метода для расчета переходных процессов. Распределение энергии в спектре непериодического сигнала.

   2.11Нелинейные электрические цепи и методы их анализа

    Анализ простейших нелинейных цепей постоянного тока графическим методов. Анализ сложных нелинейных цепей постоянного тока графическим методом. Аналитический метод расчета нелинейных цепей. Нелинейные цепи при негармонических воздействиях

 

Примерный перечень тем практических знаний

1. Простейшие цепи постоянного тока. Последовательное, параллельное и смешанное соединение элементов.
2. Цепные схемы. Метод эквивалентного преобразования цепи.
3. Метод контурных токов. Потенциальная диаграмма.
4. Метод узловых потенциалов.
5. Метод эквивалентного генератора. Баланс мощностей.
6. Простейшие цепи синусоидального тока. Комплексная амплитуда. Векторная диаграмма токов и топографическая диаграмма напряжений.
7. Анализ сложных цепей синусоидального тока. Полная мощность. Комплексная мощность.
8. Частотная характеристика простейших цепей. Передаточные функции.
9. Анализ цепей при воздействии негармонических колебаний. Ряд Фурье.
10. Определение коэффициентов ряда Фурье.
11. Уравнение четырехполюсников. Определение коэффициента четырехполюсника опытным путем.
12. Определение меры передачи и сопротивления согласованных четырехполюсников.
13. Анализ фильтров низких частот и верхних частот.
14. Расчет вторичных параметров линии. Линии без потерь. Линии без искажений.
15. Классический метод расчета переходных процессов в простых цепях с одним накопителем энергии (с катушкой).
16. Классический метод расчета переходных процессов в простых цепях с емкостным элементов.
17. Расчет переходных процессов в цепях с двумя накопителями энергии.
18. Расчет переходных процессов операторным методом.
19. Расчет переходных процессов при воздействии сигнала произвольной формы.
20. Расчет нелинейных цепей графическим методом. Последовательное и параллельное соединение элементов.
21. Синтез двухполюсников.

 

Примерный перечень лабораторных занятий

 

1. Вводное занятие. Инструктаж по технике безопасности. Ознакомление с работой приборов. Исследование закона Ома.
2. Исследование сложных цепей постоянного тока.
3. Принцип наложения в линейных цепях.
4. Исследование простейших линейных цепей синусоидального тока.
5. Исследование последовательного соединения резистора и катушки резистора и конденсатора, резистора, катушки и конденсатора.
6. Исследование резонанса напряжений.
7. Исследование разветвленных цепей синусоидального тока.
8. Исследование индуктивно связанных цепей.
9. Исследование трехфазных цепей.
10. Исследование цепей при негармоническом напряжении источника.
11. Экспериментальное определение параметров четырехполюсника. Эквивалентные схемы замещения четырехполюсника.
12. Исследование свойств реактивных фильтров нижних и верхних частот.
13. Последовательное и параллельное соединение нелинейных элементов.
14. Исследование переходных процессов.

 

Примерный перечень тем расчетно-графических работ

1. Линейные цепи постоянного тока.
2. Линейные цепи синусоидального тока.
3. Несинусоидальные токи и линейные электрические цепи.
4. Переходные процессы в линейных элементарных цепях.
5. Четырехполюсники и электрические фильтры.

 

Примерный перечень курсовых работ

1. Расчет однофазных цепей синусоидального тока.
2. Расчет переходных процессов.
3. Прохождение сигнала через четырехполюсник.

 

Основная и  дополнительная литература

 

Основная:

1. Белецкий А. Ф. Теория электрических цепей. – М.: Радио и связь, 1986.-544с.
2. Зевеке Г. В., Ионкин И. А., Нетушил А. В., Страхов С. В. Основные теории цепей. 5-е издание. Энергоиздательство, 1989.-
3. Нейман Л. Р., Демирчан К. С. Теоретические основы электротехники. Т.1.2.- М.: Энергоиздательство, 1981.-
4. Бакалов В. П., Воробиенко П. П., Крук Б. Н. Теория электрических цепей. – М.: Радио и связь, 1998.-444с.

 

Дополнительная:

1. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: Высшая школа, 2002.
2. Воробиенко П. И. Теория электрических цепей. Сборник задач и упражнений. - М.: Радио и связь, 1989.- 328с.
3. Шебес М.Р., Каблукова М. В. Задачник по теории линейных электрических цепей. Учебное пособие для вузов. 4-е издание, переработанное и дополненное. – М.: Высшая школа. 1990. -544с.
4. Добротворский И. Н. теория электрических цепей. Учебное пособие для техникумов. – М.: Радио и связь, 1939. – 472с.
5. Добротворский И. Н. теория электрических цепей. Лабораторная практика. Учебное пособие для техникумов. – М.: Радио и связь 1990. – 200с.
6. Бакалов В. П., Крук Б.И., Журавлев О.Б. Основные теории цепей. Компьютерный  тренажерный комплекс: Учебное пособие для вузов: - М.: Радио и связь, 2002. – 288с.
7. Фрикс В. В. Основы теории цепей. Учебное пособие. – М.: ИП Радио СОФТ, 2002. – 288с.