Анализ линейных и нелинейных электрических цепей с коммутацией ключей

Введение Курсовая работа представляет заключительный этап в обучении студентов специалитета, общего и прикладного бакалавриата технических специально- стей по предметам электротехнической направленности (ТОЭ, ОТЦ, электро- техника, общая электротехника и др.). Курсовая работа охватывает основные разделы анализа линейных и нелиней- ных электрических цепей. В процессе выполнения курсовой работы студенты углубляют и закрепляют навыки самостоятельной работы по анализу линейных и нелинейных элек- трических цепей в стационарных и нестационарных режимах, в том числе навыки компьютерного моделирования процессов в электрических цепях. Техническое задание на курсовую работу. Изучить заданный вариант электрической цепи (ЭЦ): состав, действие клю- чей S1 и S2 , режимы работы ЭЦ. 1. Исследовать линейную ЭЦ до коммутации ключа S1 (режим 1). 1.1 Рассчитать ЭЦ с постоянным источником электрической энергии (ИЭЭ): - обосновать выбор метода расчета; - определить токи и напряжения ветвей; - выполнить проверку по балансу мощностей. 1.2 Рассчитать ЭЦ с гармоническим ИЭЭ: - обосновать выбор метода расчета; - определить токи и напряжения ветвей; - выполнить проверку по векторным диаграммам токов и напряжений. 1.3 Рассчитать результирующие токи и напряжения ветвей при одновремен- ном действии постоянного ИЭЭ и гармонического ИЭЭ. 2 Исследовать линейную ЭЦ после коммутации ключа S1 (режим 2). Выбрать или принять как заданный классический или операционный метод расчета переходного процесса. 2.1. В классическом методе расчёта определить на ёмкости С и индуктивно- сти L: - начальные условия U , I , U , I . C C L L - начальные условия свободных составляющих U С св , I С св , U L св , I св . -установившиеся значения U С уст , I С уст , U L уст ,     L I L уст . Определить корни 1 , 2 характеристического уравнения Определить нули p1 , p2 операционного сопротивления Zвх ( p). Построить зависимости uC (t) и iL (t). 2.2. В операционном методе расчета определить: -начальные условия U , I ; C L -построить операционную схему замещения; -определить изображения UC ( p), IL ( p); -определить оригиналы uC (t), iL (t) с использованием формулы разложения. 2.3. Построить систему уравнений переменных состояния линейной ЭЦ. 3. Исследовать процессы в ЭЦ c нелинейным элементом (режим 3): -составить систему уравнений переменных состояния uC (t), iL (t) ЭЦ – УИРС (учебно-исследовательская работа студентов); нелинейной -определить в установившемся режиме значения, величин U нэ , ветви с нелинейным элементом НЭ. I нэ , UC7 , L7 4. Выполнить компьютерное моделирование процессов в линейной ЭЦ: -построить графики зависимостей комплексно- сопряженные); uC (t), iL (t) в пакете Matcad (корни α1 и α2 – -сформировать матрицу системы уравнений состояния; -построить в пакете программ Matlab графики зависимостей uC (t),iL (t) α1 и α2 – вещественные). (корни Расчеты дать в системе СИ, обозначения и графики выполнить по ГОСТу, пояснительную записку представить в виде компьютерной распечатки на формате А4. Далее приведен пример расчета ЭЦ в режимах обозначенных выше. В задании принято: E1 и J1 – постоянные величины; e2 (t) E2m cos(t в ); j2 (t) I 2m cos(t в ); E2m  I 2m  2E2 ; 2I 2m . Вольтамперная характеристика (ВАХ) нелинейного элемента (НЭ) Вариант 1 I 0 0,2 0,4 0,6 0,7 0,8 1,0 I / I КЗ НЭ 0 0,05 0,12 0,28 0,38 0,52 1,0 Вариант 2 U 0 0,2 0,4 0,6 0,7 0,8 1,0 U /U XX НЭ 0 0,06 0,14 0,26 0,34 0,45 1,0 IНЭ/IНЭКЗ 1,0 0,8 0,6 0,4 НЭ2 НЭ1 0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 UНЭ/UНЭXX 1 S I02 Поясним работу ключей. Ключ S сначала разомкнут 0 2 U02 R02 , I02 0 ; затем ключ замыкается. 1 S I02 0 2 U02 Ключ S сначала замкнут U 02 0 ; затем ключ размыкается. R02 0 , Коммутация ключей ческой цепи. S1 и S2 изменяет состав и режимы работы электри- Режим 1. Ключи S1 и S2 находятся в исходном по заданию положению. Электрическая цепь содержит одновременно постоянный и гармонический источники электрической энергии(ИЭЭ), в цепи действует стационарный ре- жим с постоянной и гармонической составляющей. Режим 2. Ключ S1 коммутирует и отключает ветвь с гармоническим ис- точником, теперь цепь содержит только постоянный источник электрической энергии. Режим цепи становится нестационарным: в линейной ЭЦ возникает и со временем затухает переходный процесс. Режим 3. Ключ S2 коммутирует и подключает к линейной цепи ветвь с нелинейным элементом (НЭ), электрическая цепь становится нелинейной. Цепь переходит в нестационарный режим, в нелинейной цепи возникает и со временем также затухает переходный процесс. Варианты заданий 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) 17) 18) Таблица 1 Вариант задания Номер схемы Данные электрических схем E1, B J1, A R1, Ом E2, B J2, A R2, Ом L, мГн C мкФ R3, Ом R4, Ом R5, Ом R6, Ом C7, мкФ L7, мГн φ, град 1 1 100 - 30 80 - 20 50 10 40 60 70 90 - 20 0 2 2 40 - 20 50 - 10 8,0 5,0 50 70 65 80 50 - +15 3 3 - 8,0 15 80 - 7 80 20 35 40 50 70 - 5 -30 4 4 - 5,0 10 30 - 10 20 5,0 60 50 70 80 60 - +50 5 5 80 - 15 - 9,0 9 55 30 30 45 60 65 - 20 -60 6 6 100 - 20 60 - 12 30 5,0 40 60 70 80 - 35 -45 7 7 - 8,0 15 - 4,0 20 75 35 55 75 80 90 30 - +20 8 8 70 - 12 50 - 4 20 6,0 35 35 70 80 - 15 0 9 9 40 - 18 60 - 6 20 10 25 45 60 65 - 40 +90 10 10 90 - 25 - 4,0 15 6,0 4,0 20 60 75 85 60 60 -70 11 11 80 - 20 110 - 20 45 18 30 70 65 80 75 - -30 12 12 110 - 35 150 - 25 20 5,0 40 35 40 70 - 35 -45 13 13 - 3,0 20 90 - 15 80 10 50 40 65 45 80 - +45 14 14 - 3,5 20 80 - 10 25 5,0 30 50 70 80 - 80 -45 15 15 70 - 15 - 5,0 10 45 12 40 60 75 65 - 15 0 16 16 30 - 30 50 - 14 40 4,0 30 30 40 80 - 25 +60 17 17 - 2,0 35 - 5,0 20 100 12 35 60 75 95 90 - -30 18 18 - 2,5 20 70 - 18 8,0 10 55 70 100 60 - 10 0 19 1 55 - 18 40 - 9 70 15 25 40 50 70 - 12 -30 20 2 35 - 15 60 - 20 40 5,0 20 40 70 75 40 - -45 21 3 - 2,5 20 60 - 5 110 25 30 45 55 60 - 100 30 22 4 - 4,0 22 60 - 15 20 10 45 55 70 80 90 - +45 23 5 100 - 30 - 7,0 20 90 20 55 60 70 90 - 60 0 24 6 120 - 10 80 - 15 30 8,0 30 45 60 80 - 100 -45 25 7 - 6,0 15 - 4,0 13 50 10 25 40 55 60 120 - -30 26 8 80 - 20 50 - 10 30 6,0 50 60 55 75 - 60 -25 27 9 40 - 18 25 - 12 60 20 60 70 80 85 - 10 +25 28 10 60 - 15 - 8,0 10 25 5,0 30 55 90 120 25 80 +60 29 11 75 - 20 55 - 15 60 20 20 75 90 100 40 - -30 30 12 95 - 25 50 - 20 10 6,0 35 45 55 70 - 120 +45 вариант 11