Переходные процессы в линейных и нелинейных электрических цепях

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

"Костромская государственная сельскохозяйственная академия"

Электроэнергетический факультет

Направление подготовки 13.03.02 электроснабжение 

Кафедра теоретических основ электротехники и автоматики

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Теоретические основы электротехники»

На тему: «Переходные процессы в электрических цепях»

                                          Выполнил: студент 1 группы 3 курса

         Руководитель:

Караваево 2016 г.

Костромская ГСХА

СОДЕРЖАНИЕ

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.. 3

КАЛЕНДАРНЫЙ ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ.. 4

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ.. 5

АННОТАЦИЯ. 6

ВВЕДЕНИЕ. 7

1. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ.. 8

1.1 КЛАССИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА.. 8

1.2 ОПЕРАТОРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА.. 11

2 ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ. 14

2.1 АППРОКСИМАЦИЯ. 14

2.2 МЕТОД УСЛОВНОЙ ЛИНЕАРИЗАЦИИ.. 16

2.3 МЕТОД РУНГЕ-КУТТА.. 18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 22

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 23

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ       

"КОСТРОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ"

Электроэнергетический факультет

Кафедра ТОЭ и Автоматики

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине «Теоретические основы электротехники»

на тему: «Часть 1.  Переходные процессы в линейных электрических цепях

.                Часть 2. Переходные процессы в нелинейных электрических цепях»

Автор работы _______________________________________________

подпись, дата, инициалы, фамилия

Направление подготовки: 13.03.02 «электроэнергетика и электротехника»

Профиль подготовки «Электроснабжение»

Группа  731z

Шифр___________14764_________

(номер студенческого билета)

Руководитель работы _________________________   _________________

подпись, дата                                     инициалы, фамилия

Работа защищена __________________________________ дата                           оценка прописью

Караваево 2016

КАЛЕНДАРНЫЙ ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

фЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«кОСТРОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Электроэнергетический факультет

Кафедра ТОЭ и Автоматики

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

По дисциплине    «Теоретические основы электротехники»

На тему:

 «Переходные процессы в электрических цепях»

Студент Ю.Е.                     группа 731z

1.  Тема «Переходные процессы в электрических цепях»»

2.  Срок предоставления работы к защите «  11   »   Октября   2017 г.

3.  Содержание пояснительной записки курсовой работы:

1.   

2.   

3.   

3.1.   Содержание

3.2.   Календарный график

3.3.   Аннотация

3.4.   Введение

3.5.   Переходные процессы в линейных электрических цепях 3.5.1 Классический метод расчета 3.5.2 Операторный метод расчета

3.6.  Переходные процессы в нелинейных электрических цепях 3.6.1  Аппроксимация 3.6.2  Метод  условной  линеаризации 3.6.3  Метод Рунге-Кутта

3.7.  Заключение

3.8.  Список используемых источников

Руководитель работы _________________________   _________________

подпись, дата                                    инициалы, фамилия

Задание принято к исполнению _____________________ ________________ подпись, дата                                    инициалы, фамилия

АННОТАЦИЯ

Целью написания курсовой работы заключается в расчете токов и напряжений ветвей линейных и нелинейных электрических цепей, в которых происходит коммутация.

Общий объем работы составляет 23 страницы.  В работе содержится 4 электрические схемы и 5 графиков. Работа состоит из введения, двух частей, заключения и списка использованных источников.

Во введении находится краткая теория о переходных процессах в электрических цепях.

В первой части «Переходные процессы в линейных электрических цепях» расчет переходных процессов произведен классическим и операторным методами, также построены графики токов.

Во второй части «Переходные процессы в нелинейных электрических цепях» необходимо аппроксимировать вебер-амперную характеристику по методу наименьших квадратов, методом условной линеаризации найти наибольшее возможное отношение максимального тока переходного процесса в нелинейной индуктивности к амплитуде тока в установившемся режиме и Рассчитать численным методом потокосцепление и токи в цепи для случая наиболее возможного максимального тока переходного процесса, а также построить график аппроксимирующей функции и график потокосцепления и токов в цепи.

В конце работы приводится список использованных источников.

ВВЕДЕНИЕ

Переходным называется процесс, возникающий в электрической цепи при переходе из одного установившегося состояния в другой. Переходные процессы возникают в электрических цепях при различных коммутациях и других воздействиях, приводящих к изменению режима работы цепи - изменению параметров токов и напряжений на отдельных ветвях, таких как амплитуда, фаза или частота, на отличающиеся от параметров действующей в цепи ЭДС. Коммутации происходят при действии различного рода коммутационной аппаратуры, например ключей, переключателей для включения или отключения источника энергии, при обрывах в цепи, при коротких замыканиях, при включениях и отключениях пассивных и активных ветвей, при внезапных изменениях параметров цепи и т.д.

Физически переходные процессы представляют собой процессы перехода от энергетического состояния, соответствующего докоммутационному режиму, к энергетическому состоянию, соответствующему послекоммутационному режиму.

Переходные процессы обычно являются быстро протекающими. Длительность их зависит от запасов энергии в реактивных элементах цепи и составляет десятые, сотые, а иногда даже миллиардные доли секунды. Сравнительно редко длительность переходных достигает секунд и десятков секунд. Тем не менее, изучение переходных процессов важно, так как оно даёт возможность установить, как деформируются по форме и амплитуде сигналы при прохождении их через усилители и другие устройства, позволяет выявить превышения напряжения на отдельных участках цепи, которые могут оказаться опасными для электротехнических устройств и для их изоляции, увеличения амплитуд токов, которые могут в десятки раз превышать амплитуду тока установившегося периодического процесса и вызвать недопустимые механические усилия.

1. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

1.1 КЛАССИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА

Дано:

Ф

 Ом

 Ом

 Ом

 А

Гн

    Найти:

dk - до коммутации

pk - после коммутации

1. Находим независимые начальные условия в цепи, используя законы коммутации:

2. Найдем принужденную составляющую тока i2_пр (рассмотрим схему после коммутации):

3. Составляем характеристическое уравнение:

4. Решим характеристическое уравнение и найдем свободную составляющую тока i1:

5.Находим переходый ток:

6.Зависимые начальные условия:

7. Находим постоянные интегрирования:

8. Определим переходный ток

1.2 ОПЕРАТОРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА

1. Находим независимые начальные условия в цепи, используя законы коммутации:

2. Переходим к изображениям:

3.Запишем в матричном виде

4.Находим ток i2(p)

5.Находим принужденную состовляющую испытуемого тока

6.Находим корни характеристического уравнения

7.Находим постоянные интегрирования

8. Строим график зависимости ic1(t) и uc1(t) от времени t: 

2 ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ.

Дано:

2.1  АППРОКСИМАЦИЯ

1.Аппроксимируем вебер-амперную характеристику вида i=a1ψ+a2ψ