Ляпин В.Г. Теоретические основы электротехники

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
ВАРИАНТЫ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
ПО ПЕРЕХОДНЫМ ПРОЦЕССАМ
Новосибирск 2013
Теоретические основы электротехники. Варианты расчетно-графической работы по переходным процессам/Новосиб. гос. аграр. ун-т; Сост. В.Г. Ляпин, Д.С.
Болотов. - Новосибирск, 2013. - 8 с.
Предназначены для студентов очного и заочного обучения специальности
110302.65 и профиля подготовки 110802.62. Утвержены и рекомендованы к изданию
методическим советом Инженерного института (протокол №18 от 28 мая 2013 г.)
Рецензент: профессор, докт. техн. наук Добролюбов И.П.
© Ляпин В.Г., Болотов Д.С. 2013
© Новосибирский государственный аграрный университет, 2013
Приступать к выполнению расчетно-графической работы по переходным процессам рекомендуется после изучения теоретического материала, предшествующего контрольному заданию. Задание на работу охватывает основные темы изучаемой дисциплины.
Студент должен выполнить 3 задачи, исходные данные к которым выбираются
(таблица 1) в соответствии с присвоенным ему шифром. Каждая цифра шифра обозначается соответствующей буквой алфавита. Эти буквы далее используются в формулах для определения № - номера задачи в задании (таблицы 2…4), на котором изображена электрическая схема, и численного значения исходных данных к задаче. Так,
если шифр студента 12-154-Э (12 - год выдачи, 154 - порядковый номер, Э - специальность), то его необходимо переписать следующим образом: АБВГД, т.е. А-0; Б-2;
B-I; Г-5; Д-4. Тогда исходные данные, например, к 1-ой задаче будут (таблица 1):
●номер 1-ой задачи с электрической схемой: 1-Д = 1-4;
●сопротивление R1: ►●(В+1) = 30●(1+1) = 60 Ом (► - величина R1 в задании);
●сопротивление R3: ►●(Д+1) = 20●(4+1) = 100 Ом (► - величина R3 в задании);
●индуктивность L2: ►●(Г+1) = 0,2●(5+1) = 1,2 Гн (► - величина L2 в задании).
►●(Д+1)
►●(Д+1)
►●(Г+1)
►●(В+1)
►●(Д+1)
►●(Д+1)
►●(Г+1)
►●(В+1)
►●(Д+1)
►●(Д+1)
►●(Г+1)
►●(В+1)
1-Д
Таблица 1. К определению исходных данных в соответствии с присвоенным шифром
(► - величина в задании)
R1,
R2,
R3,
R4, L1,
L2,
L3,
L4,
С1,
С2,
С3,
С4,
№
Ом
Ом
Ом
Ом Гн
Гн
Гн
Гн
мкФ мкФ мкФ мкФ
Определение № первой задачи (схемы) и численного значения исходных данных к задаче, если шифр студента 12-154-Э
1-4
60
100
1,2
Остальные исходные данные задачи 1-4 принимаются без изменения величин в
задании. Подобным образом определяются исходные данные к остальным задачам.
При выполнении работы необходимо:
1. Соблюдать очередность задач, изложенных в задании.
2. Размерность всех величин давать в системе СИ.
3. Конечные результаты вычислений записывать не более чем с двумя знаками после запятой.
4. При оформлении графического материала учитывать требования ЕСКД.
5. В конце работы указать перечень используемой литературы, год издания методических указаний и дату выполнения работы.
2
№
1
Таблица 2. Исходные данные задачи 1. Процессы в RL-цепях 1-го порядка
Схема
Задание
2
3
1-0
Определите выражение тока i3(t) и напряжения u3(t) катушки в схеме цепи после
коммутации и постройте их графики, если
Iк=3 А, R1=30 Ом, R2=15 Ом, L3=0,1 Гн
1-1
Определите выражение тока i3(t) и напряжения u3(t) катушки в схеме цепи после
коммутации и постройте их графики, если
u0 = 70,7 sin(100t + 0,524) В,
R1 = 20 Ом, R2 = 30 Ом, L3 = 0,5 Гн
1-2
Определите выражение тока резистора i4(t)
в схеме цепи после коммутации и постройте его график, если
Uo = 30 В, R1 = R3 = 5 Ом,
R4 = R5 = 2,5 Ом, L2 = 10 мГн
1-3
Определите выражение напряжения u5(t)
резистора R5 в схеме цепи после коммутации и постройте его график, если
ik (t) = 1 sin (1000t + 0,524) А,
R2 =R3 =R5 =100 Ом, L4 =100 мГн, хC1 =0
1-4
Определите выражение напряжения u3(t)
резистора R3 в схеме цепи и постройте его
график, если
ik =10-3д(t) А,
R1 = 30 Ом, L2 = 0,2 Гн, R3 = 20 Ом
1-5
Определите выражение напряжения u1(t)
первой ветви цепи после размыкания ключа, если
U0 = 200 В, R11 = 100 Ом, L11 = 10 мГн,
R22 = 300 Ом, L22 = 20 мГн,
L12 = L21 = 5 мГн
1-6
Запишите выражение и постройте график
напряжения uк(t) источника тока iк(t) после
размыкания ключа в цепи, если
L1 = 200 мГн, R2 = 200 Ом,
L3 =100 мГн, R4 =400 Ом,
ik (t) = 0,5 cos (2000t – 2р/3) А
3
1
2
3
Определите выражение установившегося
напряжения u4(t) резистора R4 в схеме цепи
и постройте его график, если R1=135 Ом,
R3=10 Ом, R4=270 Ом

u o (t ) 
 T (t  kT )(t  kT )  (t  (k  1)T )
Uo
k  
1-7
,
L2 = 10 мГн, Uo = 30 В, T = 200 мкс
1-8
Запишите выражение и постройте график
напряжения u2(t) резистора R2 цепи после
коммутации, если
L1 =200 мГн, R2 =120 Ом, R3 = 60 Ом,
R5 = 80 Ом, хL4 = 0,
задающее напряжение Uo = 60 В
1-9
Запишите выражение и постройте график
тока iо(t) источника напряжения uо(t) цепи при t  0, если
R1 = 80 Ом, хL2 = 0, L3 = 40 мГн,
R4 = 80 Ом, задающее напряжение
uо(t)=20 cos (12·103t) В
№
1
2-0
Таблица 3. Исходные данные задачи 2. Процессы в RC-цепях 1-го порядка
Схема
Задание
2
3
Определите выражение напряжения u5(t)
резистора R5 в схеме цепи после коммутации и постройте его график, если
ik(t)=1sin(1000t +0,524) А,
R2 = R3 = R5 =100 Ом, C1 = 10 мкФ,
L4 =100 мГн
2-1
Определите выражения напряжения u3(t) и
тока i3(t) конденсатора в схеме цепи после
коммутации и постройте их графики, если
ik(t) =0,4 cos 314t А, R1 =800 Ом,
R2 = 800 Ом, C3 = 10 мкФ
2-2
Определите выражение тока i1(t) резистора R1 в схеме цепи после коммутации
и постройте его график, если Uo =60 В,
R1 =R3 = R4 = R5 =10 Ом, C2 = 1 мкФ
4
1
2
3
2-3
Определите выражения напряжения u4(t)
конденсатора и тока i1(t) резистора R1 в
схеме цепи после коммутации и постройте их графики, если
R1 = R2 = R3 = 1 Ом, C4 = 100 мкФ,
u0(t)=2sin(104t +0,785) В
2-4
Определите выражение напряжения u3(t)
резистора R3 в схеме цепи и постройте
его график, если
R1=250 Ом, C2 =50 мкФ, R3 =1 кОм,
u0 =10-3д(t) В
Определите выражение напряжения u1(t) резистора R1 в схеме цепи и постройте его график,
если
R1 = 600 Ом, C2= 10 мкФ, R3 = 400 Ом,
iк (t )  I кm sin
2
t
T

  t  2k T2    t  2k  1T2 
k  
2-5
,
Iкm = 10 мА, T = 20 мс
2-6
Определите выражения токов i1(t) и i2(t)
резисторов R1 и R2 в схеме цепи после
коммутации и постройте их графики, если
Uo1 =100 В, Uo2 =50 В, R1 =500 Ом,
R2 =500 Ом, C3 =10 мкФ, C4 =40 мкФ
2-7
Запишите выражение и постройте график тока iо(t) источника напряжения uо(t)
после замыкания ключа в цепи, если
u0(t) = 100 cos (2000t + 2р/3) В,
R1 = 2 кОм, C2 = 2 мкФ, R3 = 1 кОм,
C4 = 1 мкФ,
2-8
Запишите выражения и постройте графики напряжений u1(t) и u2(t) конденсаторов
C1 и C2 после замыкания ключа в цепи,
если
u0(t) = 120 cos (2000t + 2р/3) В,
C1 = 2 мкФ, u1(0–) = 30 В, C2 = 1 мкФ,
u2(0–) = – 45 В
5
1
2-9
№
1
2
3
Определите выражение напряжения u5(t)
резистора R5 в схеме цепи после коммутации и постройте его график, если
ik (t) = 1 sin (1000t + 0,524) А,
R2 =R3 =R5 =100 Ом, C1 =10 мкФ, хL4 = 0
Таблица4. Исходные данные задачи 3. Процессы в RLC-цепях 2-го порядка
Схема
Задание
2
3
3-0
Определите выражения напряжений
конденсаторов u1(t), u2(t) и резистора
u3(t) в схеме цепи после коммутации и
постройте их графики, если
C1 = 1,5 мкФ, C2 = 3 мкФ, R3 =1 кОм,
u1(0–) = 100 В, u2(0–) = – 200 В
3-1
Определите выражения напряжений
конденсаторов u1(t), u2(t) и u3(t) в схеме
цепи после одновременной коммутации
трёх ключей и постройте их графики, если
Uo = 90 В, C1 = C2 = C3 = 3 мкФ,
R4 = R5 = 1 кОм
3-2
Запишите выражение и постройте график тока i1(t) резистора R1 в схеме цепи
после коммутации, если
Uo = 50 В, R1 = 1000 Ом, C2 = 2 мкФ,
R3 =500 Ом, C4 =1 мкФ, u4(0–) = 20 В
3-3
Запишите выражение тока i1(t) конденсатора C1 в схеме цепи после коммутации
и постройте их графики, если
C1 = 60 мкФ, R2 = 400 Ом,
C3 = 20 мкФ, R4 = 100 Ом,
u0(t) = 250 sin (100рt + 0,175) В
6
1
2
3
3-4
Запишите выражение и постройте график тока i3(t) конденсатора C3 в схеме
цепи при t  0, если
Uo = 100 В, L1 =100 мГн, R2 =100 Ом,
C3 =10 мкФ, R4 =100 Ом, R5 = 300 Ом
3-5
Запишите выражение и постройте график напряжения uк(t) источника тока iк(t)
в цепи после коммутации, если
C1 =0,5 мкФ, R2 =100 Ом, C3 =1 мкФ,
R4 =100 Ом, iк(t)=0,5cos(2000t+р/3) В
3-6
Запишите выражение и постройте график напряжения u2(t) резистора R2 цепи
после коммутации, если
L1 =200 мГн, R2 =120 Ом, R3 = 60 Ом,
L4 = 100 мГн, R5 = 80 Ом,
задающее напряжение Uo = 60 В
3-7
Запишите выражение и постройте график тока iо(t) источника напряжения uо(t)
цепи при t  0, если
R1 = 80 Ом, L2 = 20 мГн, L3 = 40 мГн,
R4 = 80 Ом, задающее напряжение
uо(t)=20 cos (12·103t) В
3-8
Запишите выражения и постройте графики токов i2(t) и i3(t) индуктивно связанных катушек цепи после коммутации,
если задающее напряжение uо(t)=20 cos
(12·103t) В, R11 = 200 Ом, L22 = 100 мГн,
L33 =400 мГн, R4 4 =800 Ом, R5 5 =1 кОм,
коэффициент связи катушек k=0,6
3-9
Запишите выражения и постройте графики напряжений u1(t), u2(t) конденсаторов
C1, C2 и тока i3(t) катушки L3 цепи после
коммутации, если
C1 = 0,15 мкФ, C2 = 0,05 мкФ,
L3 = 12,5 мГн, задающее напряжение
uо(t)=20 cos (12·103t) В
7
Библиографический список
1. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник для бакалавров/Л.А. Бессонов. - 11-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство
Юрайт, 2012. - 701 с.
2. Демирчян, К.С. Теоретические основы электротехники. Учебник для вузов. - 5-е
изд. В 2-х т. Т.1./К.С. Демирчян, Л.Р. Нейман, Н.В. Коровкин. - СПб.: Питер, 2009. 477 с.
3. Бессонов, А.А. Сборник задач по теоретическим основам электротехники: учеб.
пособие. - 4-е изд., перераб. и испр./А.А. Бессонов, И.Т. Демидова, М.Е. Заруди и др.;
Ред.: Л.А. Бессонов. - М.: Высш. шк., 2003. - 391 с.
4. Коровкин, Н.В. Теоретические основы электротехники. Сборник задач/Н.В. Коровкин, Е.Е. Селина, В.Л. Чечурин. - СПб.: Питер, 2004. - 512 с.
5. Пряншиников, В.А. Электротехника и ТОЭ в примерах и задачах: Практ. пособие/В.А. Пряншиников, Е.А. Петров, Ю.М. Осипов. - СПб.: Корона-Век, 2007. - 336 с.
6. Ляпин, В.Г. Электротехника и электроника. Элементы, схемы, системы. Учебное
пособие. - 2-е изд., перераб. и доп./В.Г. Ляпин, В.А. Аксютин, Г.С. Зиновьев, Е.В. Ляпин; Новосиб. гос. аграр. ун-т. - Новосибирск, 2013. - 454 с.
7. Алиев, И.И. Виртуальная электротехника. Компьютерные технологии в электротехнике и электронике/И.И. Алиев. - М.: РадиоСофт, 2003. - 112 с.
8. Теверовский, Л.В. Компас-3D в электротехнике и электронике/Л.В. Теверовский. М.: ДМК Пресс, 2009. - 168 с.
9. Багаев, А.А. Теоретические основы электротехники: Учеб. пособие/А.А. Багаев,
Л.В. Куликова, Э.В. Кузьмин и др. - Барнаул. ГИПП "Алтай", 2000. - 770 с.
10. Бычков, Ю.А. Сборник задач по основам теоретической электротехники/Ю.А.
Бычков. - СПб. [и др.]: Лань, 2011. - 400 с.
11. Лоторейчук, Е.А. Расчет электрических и магнитных цепей и полей: решение задач. Учеб. пособие/Е.А. Лоторейчук. - М.: ИНФРА-М: ФОРУМ, 2011. - 272 с.
12. Новиков, Ю.Н. Основные понятия и законы теории цепей, методы анализа процессов в цепях. - 3-е изд., испр. и доп./Ю.Н. Новиков. - СПб. [и др.]: Лань, 2011. -368с.
13. Лоторейчук, Е.А. Теоретические основы электротехники. Учебник/Е.А. Лоторейчук. - М.: ИД “ФОРУМ”: ИНФРА-М, 2010. - 320 с.
14. Атабеков, Г.И. Теоретические основы электротехники. Линейные электрические
цепи. - 8-е изд., стер./Г.И. Атабеков. - СПб. [и др.]: Лань, 2010. – 592 с.
15. Афанасьев, В.В., Богданов В.В., Сапсалев А.В. Расчет переходных процессов в
линейных электрических цепях: Учеб.-метод. пособие/В.В. Афанасьев, В.В. Богданов, А.В. Сапсалев. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005. Ч. III. - 64 с.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
ВАРИАНТЫ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПО ПЕРЕХОДНЫМ
ПРОЦЕССАМ
Составители: ЛЯПИН ВИКТОР ГРИГОРЬЕВИЧ
БОЛОТОВ ДЕНИС СЕРГЕЕВИЧ
Редактор Н.К. Крупина
Подписано к печати 28 мая 2013 г.
Объем 0,5 уч.-изд. л.
Тираж 100 экз.
Цена договорная
Заказ №
Отпечатано в НГАУ
630039, Новосибирск, ул. Добролюбова, 160
8