Реферат: Основы теории электрических цепей
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
И МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ
Электрические и магнитные цепи. Элементы электрических цепей. Активные пассивные электрические цепи. Физические явления в электрических цепях. Научные абстракции, принимаемые в теории электрических цепей, их практическое значение и границы применяемости. Цепи с распределенными и сосредоточенными параметрами.
Параметры электрических цепей. Линейные и нелинейные электрические и магнитные цепи. Условно-положительные направления тока и ЭДС в элементах цепи и напряжения на их зажимах. Источники ЭДС и источники тока. Схемы электрических цепей. Топологические понятия схемы электрической цепи. Граф цепи. Матрицы соединений, контуров, сечений и связь между ними.
Законы электрических цепей. Узловые и контурные уравнения электрических цепей. Полная система уравнений электрических цепей. Дифференциальные уравнения процессов в цепях с сосредоточенными параметрами. Анализ и синтез – две основные задачи теории электрических цепей.
Тема 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Электромагнитное поле и системы уравнений Максвелла. Закон сохранения энергии в электродинамике. Электростатическое поле. Электростатическая емкость, энергия и силы в электростатическом поле. Поле постоянного тока. Постоянное магнитное поле и методы его расчета. Индуктивность, энергия и силы в магнитном поле. Электромагнитные волны в идеальных изотропных диэлектриках, электромагнитные волны в поглощающих и анизотропных средах. Электромагнитное поле в направляющих системах, резонаторы.
Раздел 2. ТЕОРИЯ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Тема 3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПРИ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ТОКАХ
Синусоидальные ЭДС, напряжения и токи. Источники синусоидальных ЭДС и токов. Действующие и среднее значения периодических ЭДС, напряжений и токов. Комплексный метод. Векторные диаграммы.
Синусоидальный ток в цепи с последовательным соединением участков r, L и C. Синусоидальный ток в цепи с параллельным соединением участков g, L и C. Комплексные сопротивления и проводимость. Законы Кирхгофа и Ома в комплексной форме.
Активная, реактивная и полная мощности. Мгновенная мощность и колебания энергии в цепи синусоидального тока. Расчет мощности по комплексам напряжения и тока.
Эквивалентные параметры сложной цепи переменного тока, рассматриваемой в целом как двухполюсник. Схемы замещения двухполюсника при заданной частоте.
Тема 4. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПРИ УСТАНОВИВШИХСЯ СИНУСОИДАЛЬНОМ И ПОСТОЯННОМ ТОКАХ
Расчет при последовательном и параллельном соединении участков цепи. О расчете сложных электрических цепей. Эквивалентные преобразования в электрических цепях.
Методы узловых напряжений и контурных токов. Методы сечений и смешанных величин. Принцип наложения и взаимности и основанные на них методы расчета цепи. Теорема о компенсации; линейные соотношения между напряжениями и токами. Оценка влияния изменения параметров на режим цепи. Метод эквивалентного генератора.
Расчет цепей при наличии взаимной индукции. Индуктивно-связанные элементы электрической цепи. Трансформатор с линейными характеристиками. Идеальный трансформатор. Цепи, связанные через электрическое поле.
Баланс мощностей в цепи синусоидального тока. Проблемы расчета установившихся режимов сложных электрических цепей. Топологические методы расчета и анализа цепей. Топологические формулы для расчета определителей и алгебраических дополнений матриц узловых проводимостей. Топологическая формула для расчета схемных функций. Применение сигнальных графов для расчета электрических цепей.
Тема 5. РЕЗОНАНСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Резонанс при последовательном и параллельном соединениях элементов цепи. Частотные характеристики последовательного и параллельного соединений, а также цепей, содержащих только реактивные элементы. Общий случай частотных характеристик цепей. Резонанс в индуктивно-связанных контурах. Добротность контура. Коэффициент передачи, расстройка. Избирательность и полоса пропускания. Практическое значение резонанса в электрических цепях.
Тема 6. РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ
Многофазные цепи и системы, их классификация. Понятие о трехфазных источниках питания. Расчеты трехфазных цепей в симметричных и несимметричных режимах. Получение вращающегося магнитного поля. Симметричные составляющие трехфазной системы величин. Применение метода симметричных составляющих к расчету трехфазных цепей.
Тема 7. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ
НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ ЭДС, НАПРЯЖЕНИЯХ И ТОКАХ
Расчеты мгновенных установившихся напряжений и токов в электрических цепях при действии периодических несинусоидальных ЭДС. Зависимость формы кривой тока от характера цепи при несинусоидальном напряжении. Активная мощность при периодических несинусоидальных токах и напряжениях. Особенности поведения высших гармоник в трехфазных цепях. О составе высших гармоник при наличии симметрии форм кривых тока или напряжения. Ряд Фурье в комплексной форме. Биения и модулированные колебания.
Тема 8. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ
С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА
Понятие о переходном процессе в линейной электрической цепи. Причины возникновения и сущность переходного процесса.
Классический метод расчета. Порядок составления и методы решения уравнений электрического равновесия электрической цепи. Переменные состояния. Свободный и принужденный режимы. Установившийся режим. Свободные частоты цепи. Определение постоянных интегрирования.
Переходные процессы в цепях с одним накопителем энергии. Переходные процессы в последовательной rLC-цепи при ее включении на постоянное и синусоидальное напряжения.
Переходные процессы при мгновенном изменении параметров участков цепи. Расчеты переходных процессов в сложной цепи. Применение вычислительных машин для расчетов установившихся режимов и переходных процессов в электрических цепях.
Операторный метод расчета. Основные положения операторного метода. Уравнения цепей в операторной форме. Расчет переходных и свободных токов операторным методом. Схемные функции в операторной форме. Импульсная переходная характеристики цепи, их связь со схемной функцией.
Частотный метод расчета. Преобразование Фурье непериодических функций времени – спектральное представление непериодических функций. Частотные характеристики и их применение к расчету переходных процессов. Связь между частотными и временными характеристиками. Связь преобразования Фурье с преобразованием Лапласа.
Расчеты при воздействии ЭДС произвольной формы. Интеграл свертки и его применение при анализе переходных процессов. Аналитические и численные методы решения уравнений состояния электрических цепей. Применение дискретных схем замещения динамических цепей при использовании неявных методов численного интегрирования.
Тема 9. ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ И МНОГОПОЛЮСНИКИ
Различные виды уравнений пассивного четырехполюсника. Системы параметров четырехполюсника и их взаимосвязь. Эквивалентные схемы замещения взаимных четырехполюсников. Характеристические параметры. Схемные функции и частотные характеристики. Способы соединений. Передаточные функции согласованных схем. Дифференцирующие и интегрирующие цепи. Обратные связи. Четырехполюсник с активными элементами. Электрические фильтры. Структурные схемы. Вопросы устойчивости в электрических цепях с обратной связью. Многополюсники. Применение матриц и графов для описания многополюсников.
Тема 10. СИНТЕЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Задача синтеза электрических цепей. Неоднозначность решения задач синтеза и проблемы выбора решения. Энергетическая теорема теории цепей и фундаментальные свойства схемных функций цепей.
Положительная вещественная функция, ее свойства. Свойства входных функций пассивных двухполюсников. Методы синтеза пассивных двухполюсников. О синтезе передаточных функций четырехполюсника.
Тема 11. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Примеры цепей с распределенными параметрами. Уравнения линии с распределенными параметрами.