Теория электрических цепей (стр. 2 из 4)
Текст пояснительной записки, состоящий из отдельных разделов (глав) и параграфов, должен иметь сквозную нумерацию страниц, рисунков и таблиц. Каждый раздел следует начинать с новой страницы.
В пояснительной записке вместе с описаниями методов расчета электрической цепи даются также необходимые рисунки в виде электрической цепи, ее эквивалентной схемы и графиков. На каждый рисунок должна быть по крайней мере одна ссылка в тексте записки. Рисунки должны быть выполнены в карандаше (или тушью) аккуратно и чисто
3. Содержание графической части курсовой работы
Графическая часть выполняется черным карандашом (или тушью), либо с применением средств вывода на ПК. Графическая часть выполняется на листах формата А4 (или А3 по необходимости) и включает 4-5 чертежей:
- принципиальную схему электрической цепи;
- эквивалентную схему электрической цепи;
- граф эквивалентной схемы;
- временную диаграмму;
- передаточную характеристику.
Каждый чертеж имеет рамку и штамп (стандартный), расположенный в нижнем правом углу. Для компонентов электрической цепи на чертежах
Вариант 5
Вариант 6
 |
Вариант 7
Вариант 2
 |
Вариант 3
 |
Вариант 4
указываются их условно-графические обозначения со своими размерами (в масштабе).
Эквивалентная схема электрической цепи получается путем замены в ней транзисторов и диодов их моделями (схемами замещения).
Временная диаграмма поясняет логику работы анализируемой электрической цепи в динамическом режиме. Она позволяет определить значения токов и напряжений любого элемента электрической цепи в произвольный момент времени.
4. Порядок защиты
Полностью выполненная курсовая работа представляется руководителю для окончательной проверки. До защиты курсовой работы пояснительная записка и ее графическая часть должны быть подписаны руководителем и студентом. При защите курсовой работы на изложение его сущности студенту представляется 6-8 минут.
В своем докладе студент должен четко сформулировать поставленную перед ним задачу, произвести сравнительную оценку наиболее известных методов расчета нелинейных электрических целей и обосновать оригинальность решений, принятых в ходе выполнения курсовой работы, а также анализировать особенности функционирования электрической цепи по полученным результатам расчета.
При оценке выполненной курсовой работы учитываются:
- степень творчества при выполнении курсовой работы и оригинальность принятых решений;
- качество выполнения пояснительной записки и графических материалов;
- содержательность и доходчивость доклада на защите курсовой работы;
- правильность и полнота ответов студента на поставленные вопросы;
- активность студента в период выполнения курсовой работы (планомерность выполнения графика работ, посещение консультаций и т.д)
5. Теоретическая часть
Теория электрических цепей (ТЭЦ) является общенаучной основой широкого круга технических дисциплин. В рамках ТЭЦ разрабатываются основополагающие для прикладных дисциплин методы описания электромагнитных явлений в электрических цепях и построения математических моделей процессов в них.
Тесная связь ТЭЦ не только с соответствующими разделами математики и физики, но и со специальными дисциплинами предопределяет такие развития теории, при котором приобретает важные значения ее направленность на решении новых прикладных задач, в первую очередь задач, связанных с проблемами передачи и распределения энергии и информации в сложных электрических и информационных сетях.
На развитие ТЭЦ и выбор математических методов расчета электрических цепей оказывает существенное влияние применение ЭВМ. Возможности современных ЭВМ позволяют рассчитывать переходные процессы в сложных электрических цепях. Для оптимальной реализации возможности ЭВМ потребовалось по-новому рассмотреть и процедуру формирования уравнений относительно искомых, подлежащих определению токов и напряжений, а также методы решения этих уравнений.
В качестве искомых величин для расчета переходных процессов в электрических цепях выбирают токи индуктивных катушек и напряжения конденсаторов. Такие переменные в ТЭЦ называют переменными состояния электрической цепи, а метод формирования дифференциальных уравнений, характеризующих энергетическое состояние электрической цепи называют методом переменных состояния.
При автоматизации расчета электрических цепей для формирования уравнений переходных процессов наиболее широко применяют методы узловых потенциалов и переменных состояния. В связи с этим при расчете электрических цепей используют две формы представления уравнений переходных процессов, называемых математическими моделями (ММ) электрической цепи.
В первом случае ММ представляется в нормальной форме Коши системы обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ)
V = F (v , t) , (1)
где V- вектор базисных координат; F(v,t)- вектор - функция правых частей.
поиска, обнаружения и устранения НРВ, а также указания метода (алгоритма) программа запускается на расчет и начинается процесс моделирования путем численного интегрирования дифференциальных уравнений математической модели схемы (ММС).
Результаты решения уравнений ММС получаются в виде интегральных кривых напряжений (временных диаграмм изменений напряжений), представляющих картину переходных процессов в анализируемой схеме.
6. Задания к курсовой работе
Для выбранного варианта электрической схемы (цепи):
1. построить эквивалентную схему (ЭС), при этом нелинейные элементы (диоды, транзисторы) заменить их моделями (рис.2);
2. построить граф ЭС и М-матрицу контуров и сечений;
3. составить топологические уравнения по законам Кирхгофа и систему обыкновенных дифференциальных уравнений в нормальной форме Коши;
4. составить описание топологии ЭС, параметров компонентов и режимных параметров для расчета схемы на ЭВМ;
5. выполнить расчет токов ветвей заданного варианта схемы в статическом режиме;
6. выполнить расчет переходных процессов и построить временную диаграмму работы схемы с помощью программы анализа;
7. сделать выводы по полученным результатам расчета и описать работу схемы.
Вариант 1
TSAD = 30
TIMP = 40
KFRONTF = 1.0
KBACKF = 1.0
LEVEL0 = 0.7
LEVEL1 = 1.7
где TSAD – время задержки начало импульса:
TIMP – длительность импульса; LEVEL0 и LEVEL1 – напряжения, соответствующие логическому 0 и логической 1; KFRONTF и KBACKF – коэффициенты, определяющие длительности(тангенс угла наклона ) переднего и заднего фронтов входного импульса.
Режимные параметры имеют следующие значения:
M1 = 0.01
M2 = 0.001
TK = 100
HP = 2
где M1 и M2 – коэффициенты для автоматического определения шага интегрирования; ТК – конечный отрезок интегрирования, устанавливаемый в соответствии с реальной длительностью переходных процессов, протекающих в схеме; НР – шаг вывода на печать результатов расчета переходных процессов.
В программе предусмотрен вывод графиков изменения напряжений и токов ребер и хорд, в том числе напряжений на входах и выходах. В данном примере в качестве значений параметра вывода выходных сигналов SHOWUR перечислены число и номера ребер, напряжения на которых выводятся на печать, т.е. SHOWUR = 4 3 4 19 20.
так как напряжения на хордах не выводятся на печать, параметр SHOWUH=0.
Значения параметров GRAPH=1 PEREDAT=1 позволяют осуществить графический вывод и построить передаточную характеристику.
Поскольку схема ЭСЛ управляется сигналами отрицательной полярности параметр IC=1.
Описание топологии схемы вводится (считывается), а затем после синтаксического контроля проверки на отсутствие неправильно размещенных ветвей (НРВ) и автоматической коррекции структуры схемы:
Алгоритм решения системы (1) включает на очередном шаге интегрирования следующие основные процедуры:
вычисление вектора –функции F(Vk-1, tk-1); определение величины шага hk; вычисление Vk согласно методу Эйлера по формуле Vk = Vk-1 + hk *F(Vk-1 ,tk-1 ) и определение нового значения времени интегрирования tk = tk-1 +hk .
Вторая форма представления ММ электрической цепи связана с использованием метода узловых потенциалов, неявных формул численного интегрирования, алгебраизацией системы ОДУ и решением ее методом Ньютона.
Нормальная форма Коши системы ОДУ удобна для применения явных методов численного интегрирования. Для ее решения также могут быть использованы и неявные методы численного интегрирования. В этом отношении метод переменных состояния, который позволяет получить ММ электрической цепи в форме (1), является более универсальным и перспективным для использования в программах с открытыми библиотеками численных методов решения уравнений и с открытыми библиотеками моделей элементов (так как в методе переменных состояния не требуется предварительная алгебраизация компонентных уравнений и, следовательно, методы формирования и решения уравнений могут рассматриваться независимо друг от друга).