Переходные процессы в линейных электрических цепях
Переходные процессы в электрических цепях: руководство для студентов
Данное учебно-методическое пособие, разработанное для студентов 2-4 курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих электротехнику, посвящено исследованию переходных процессов в линейных электрических цепях. Цель пособия – предоставить студентам теоретические знания и практические навыки, необходимые для анализа и расчета переходных процессов, а также для проведения лабораторных работ.
Основные теоретические положения
В пособии изложены базовые теоретические сведения о переходных процессах, включая понятия установившегося режима и коммутации. Рассматриваются законы коммутации, основанные на принципе непрерывности потокосцепления катушки индуктивности и электрического заряда на конденсаторе. Подробно объясняется, что невозможность мгновенного изменения энергии в индуктивности и емкости приводит к определенным ограничениям на изменение токов и напряжений в момент коммутации. Вводятся понятия независимых и зависимых начальных условий, необходимых для расчета переходных процессов.
Анализ переходных процессов в различных цепях
Пособие подробно рассматривает переходные процессы в цепях первого и второго порядков. Представлены дифференциальные уравнения, описывающие поведение цепей R-L, R-C и R-L-C. Для каждой цепи анализируются установившийся и свободный режимы, а также методы нахождения общего решения дифференциальных уравнений. Рассматриваются формулы для расчета тока и напряжения в цепях, а также графическое представление переходных процессов. Особое внимание уделяется влиянию параметров цепи на характер переходного процесса, включая апериодический, критический и колебательный режимы в цепи R-L-C.
Лабораторные работы и практические задания
Пособие содержит подробное описание лабораторных работ, направленных на закрепление теоретических знаний и приобретение практических навыков. Каждое задание включает в себя моделирование цепей в программной среде Multisim и экспериментальное исследование на лабораторной установке. Студентам предлагается исследовать цепи R-L, R-C и R-L-C, изменяя параметры элементов и анализируя осциллограммы токов и напряжений. Приведены таблицы с номинальными значениями параметров элементов для различных стендов, а также расчетные формулы для предварительных расчетов. Подробно описан порядок выполнения работы, включая настройку виртуальных приборов и элементов схемы, а также анализ полученных результатов.
Требования к отчету и контрольные вопросы
В заключительной части пособия представлены требования к отчету по лабораторной работе, а также контрольные вопросы, направленные на проверку усвоения материала. Вопросы охватывают ключевые аспекты теории переходных процессов, включая законы коммутации, начальные условия, критическое сопротивление, декремент затухания и влияние параметров цепи на характер переходного процесса. Также предлагаются вопросы, направленные на анализ осциллограмм и понимание взаимосвязи между различными параметрами цепи.
- ВО - Бакалавриат
- 00.03.31: Электроника и электротехника
- 13.03.02: Электроэнергетика и электротехника
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» С.А. Васюков, О.И. Мисеюк, А.В. Ситников Переходные процессы в линейных электрических цепях Учебно-методическое пособие
УДК 621.3
ББК 31.2
В20
Издание доступно в электронном виде по адресу
ebooks.bmstu.press/catalog/72/book2025.html
Факультет «Фундаментальные науки»
Кафедра «Электротехника и промышленная электроника»
В20
Рекомендовано Научно-методическим советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия
Васюков, С. А.
Переходные процессы в линейных электрических цепях :
учебно-методическое пособие / С. А. Васюков, О. И. Мисеюк, А. В. Ситников. — Москва : Издательство МГТУ
им. Н. Э. Баумана, 2019. — 28, [4] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-5146-3
Изложены основные теоретические сведения о классическом методе
расчета переходных процессов в цепях первого и второго порядков. Представлены материалы, необходимые для проведения лабораторной работы:
задание, порядок выполнения, методические указания к проведению работы,
а также контрольные вопросы.
Для студентов 2–4-го курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по
программам бакалавриата и специалитета и изучающих дисциплину «Электротехника».
УДК 621.3
ББК 31.2
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019
Оформление. Издательство
ISBN 978-5-7038-5146-3 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019
2
Предисловие В современном высшем техническом образовании, ориентированном на формирование профессиональных компетенций, большое внимание уделяется подготовке специалистов, владеющих как теоретическими знаниями, так и современными методами исследования. Особо ценно умение проводить исследования физических процессов и свойств объектов с использованием технических средств, выбором методов измерений, обработки и представления результатов. А эта способность во многом формируется в процессе выполнения лабораторных практикумов. При выполнении лабораторных работ по электротехнике преследуются две цели: первая — закрепление на практике основных теоретических положений курса, вторая — приобретение студентами навыков самостоятельной работы с электроизмерительными приборами. Многие электротехнические устройства работают в переходных режимах. Некоторые устройства специально конструируют таким образом, чтобы переходный процесс принимал тот или иной вид. Когда длительный переходный процесс нежелателен, принимают специальные меры по уменьшению времени переходного процесса. Именно поэтому лабораторная работа по изучению переходных процессов в линейных электрических цепях важна для студентов приборостроительных специальностей. Лабораторная работа предназначена для студентов 2–4-го курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по программам бакалавриата и специалитета и изучающих дисциплину «Электротехника». Цели лабораторной работы: приобретение навыков самостоятельного исследования особенностей протекания переходных процессов в электрических цепях, содержащих накопители энергии; овладение техникой экспериментирования с использованием электроизмерительных приборов; освоение методов экспериментального исследования установившихся режимов в зависимости от параметров цепи. 3
1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 1.1. Законы коммутации и начальные условия Установившийся режим — состояние цепи, в котором все токи и напряжения являются периодическими функциями времени либо постоянными величинами (в цепях постоянного тока). Под переходными процессами понимают переход цепи от одного установившегося режима к другому (рис. 1.1). Рис. 1.1. Установившиеся режимы и переходный процесс в электрической цепи Время переходного процесса теоретически равно бесконечности, но на практике оно зависит от параметров цепи. Возникновение переходных процессов обусловлено коммутацией в цепях с реактивными элементами (катушками индуктивности и конденсаторами). Коммутацией называется мгновенное изменение структуры цепи, параметров цепи или скачкообразное изменение воздействующего сигнала. Коммутирующее устройство на схеме изображают в виде идеального ключа, у которого при замыкании сопротивление равно нулю, а в разомкнутом состоянии равно бесконечности. 4
Похожие