Тема 4.9 Электрические цепи с распределенными параметрами

Понятие о распределенных параметрах. Примеры электрических цепей с распределенными параметрами. Схемы замещения однородной линии с потерями и без них.

Основные уравнения длинной линии и их анализ. Характеристики длинной линии: коэффициенты распространения электромагнитной волны, затухания и фазы, волновое сопротивления линии.

Длинная линия без потерь и ее режимы. Уравнения линии без потерь. Холостой ход линии. Понятие о прямой и обратной волнах напряжения и тока линии. Фазовая скорость и длина волны, их выражения через параметры линии. Короткое замыкание линии. Режимы с согласованной нагрузкой, несогласованной активной нагрузкой. Понятие о коэффициентах отражения и преломления электромагнитных волн в линии. Краткие сведения о распространении электромагнитной волны с прямоугольным фронтом по линии без потерь.

Литература: [4, c. 459–474]; [9, c. 508–533].

Методические рекомендации

При изучении электрических цепей до сих пор не учитывали размеры устройств, предполагали, что R, L, C сосредоточены, однако, существуют объекты такие как обмотки электрических машин, трансформаторов, линии передачи электрической энергии, линии электросвязи, кабельные линии, которые рассматриваются, как объект с распределенными параметрами. При изучении этой темы обратите внимание на понятия о распределенных параметрах и примеры электрических цепей с распределенными параметрами.

Изучите схемы замещения однородной линии с потерями и без потерь.

Обратите внимание на основные уравнения длинной линии и их анализ. Характеристики длинной линии: коэффициент распространения электромагнитной волны, коэффициент затухания и коэффициент фазы, волновое сопротивление линии.

Необходимо знать что такое длинная линия без потерь и ее режимы. Уравнения лилии без потерь. Холостой ход линии. Понятие о прямой и обратной волнах напряжения и тока в линии. Фазовая скорость, длина волны и их выражение через параметры линии. Короткое замыкание линии. Режим с согласованной нагрузкой. Режим с несогласованной активной нагрузкой, понятие о коэффициентах отражения и преломления электромагнитных волн в линии. Краткие сведения о распространении электромагнитной волны с прямоугольным фронтом но линии без потерь.

Вопросы для самоконтроля:

1.Поясните, какую линию считать длинной?

2.Объясните, какие элементы входят в схему замещения длинной линии?

3.Напишите, как рассчитать Z₀ и Y₀ для линии без потерь?

4.Напищите формулу коэффициента распространения. Какие величины в нее входят?

5.Поясните, от каких величин зависит волновое сопротивление?

6.Поясните, какую роль волновое сопротивление играет в длинной линии?

7.Объясните, как рассчитать длину волны?

8.Объясните, чему равна фазовая скорость?

9.Объясните, что такое согласованная и несогласованная нагрузки?

10.Объясните, что такое падающая отраженная и стоячая волны?

Методические рекомендации по выполнению контрольных и лабораторных работ

По учебной дисциплине ТОЭ для учащихся 3Эз предусмотрено выполнение двух контрольных работ. Для учащихся 3Уз – одна контрольная работа, состоящая из решения 5 задач с контрольных работ №1 и №2 (по указанию преподавателя).

Варианты для каждого учащегося индивидуальные. Номер варианта определяется двумя последними цифрами номера личного дела (шифра) учащегося. Например, если номер личных дел 91732 и 91803, то номера вариантов заданий соответственно будут 32 или 03. В таблице 1 учащийся находит для своего варианта номер задач, которые он должен решить в контрольной работе. Ряд задач имеет 10 вариантов. В этом случае исходные данные к задаче по соответствующей таблице, указанной в ее условии, определяются последней цифрой номера личного дела (шифра) учащегося.

'Курс «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ) состоит из основных тем и тем отражающих связь со специальностью (на выбор). Основная часть обязательна для студентов всех специальностей, в учебных планах которых имеется этот курс: Она является как бы ядром курса. Специальная (дополнительная) - в неодинаковой степени обязательна для студентов различных специальностей.

При изучении курса ТОЭ рекомендуется учебники и учебные пособия, выпущенные в последние годы, так как в старых изданиях изложение ряда новых вопросов может отсутствовать. Рекомендуется пользоваться одним учебником при изучении всего курса, но когда какой-либо вопрос изложен в нём не достаточно ясно или вовсе не нашёл отражения, использовать другой учебник. Целесообразность такого подхода обусловлено и тем, что в учебниках имеется небольшая разница в обозначениях и это может вызвать некоторые затруднения при переходе от одного учебника к другому. Так, например, в одних книгах ЭДС обозначают буквой Е, а в других - Э; потенциал ср буквой или U. В одних книгах положительное направление отчета для напряжения между двумя узлами или точками схема указывается с помощью индексов этих узлов или точек, в других индексы узлов у напряжения не ставятся, а ставятся стрелка и один индекс и т.д.

При изучении курса ТОЭ студентам заочникам необходимо составлять конспект, в который полезно выписывать основные законы, определения и формулы. Конспект окажет большую помощь при выполнении лабораторных работ и при подготовки к экзаменам. В случае затруднения необходимо пользоваться консультацией (письменной или устной), в зависимости от обстоятельств.

Достаточно полный перечень вопросов для самопроверки дан в учебниках:

1. Буртаев Ю.В., Овсянников П.Н. «Теоретические основы электротехники». М., 1984.

2. Евдокимов Ф.Е. «Теоретические основы электротехники».М.,

2004.

3. Лоторейчук Е.А. «Теоретические основы электротехники». М.,

2003.

4. Попов B.C. «Теоретическая электротехника.» М., 1990. Подробные решения задач по отдельным темам приводятся в учебнике Зайчик М.Ю. «Сборник задач и упражнений по ТОЭ» М., 1988, а так же в других сборниках задач с решениями по электротехники.

При изучении основ электротехники перед учащимися стоят две главные задачи. Первая задача - всестороннее изучить и усвоить физическую сущность электрических и магнитных явлений. Глубокое понимание физической сущности электрических и магнитных явлений даёт возможность целенаправленно использовать их при создании электротехнических устройств и правильно эксплуатировать эти устройства, избегая нежелательных и тем более вредных режимов. Однако технику-электромеханику недостаточно знаний одних физических явлений.

Вторая задача - одновременно с изучением физических явлений учащиеся должны получить навыки в методах расчётов, необходимых для изучения других дисциплины, и в решении задач, возникающих в практической деятельности техника-электромеханика.

Умение и навыки приобретаются и закрепляются в процессе самостоятельной работы. Поэтому решению электротехнических задач необходимо уделить большое внимание, начиная с разбора решённых задач в учебниках и переходя к самостоятельному решению сначала простых задач, а затем более сложных.

Материал в книге изложен таким образом, что понимание последую-щего раздела невозможно без усвоения предыдущего. Поэтому учащемуся необходимо тщательно изучать последовательно все параграфы, указанные в задании.

Изучение теоретической электротехники подготавливает учащихся к изучению специальных электротехнических дисциплин и поэтому является одним из важнейших звеньев подготовки техников-электромехаников.

Решение задач рекомендуется вести в следующим порядке:

-записывается условие задачи, которое сопровождается чертежом или схемой, выполненной по ГОСТу;

-после разбора условия задачи намечается план её решения;

-решение проводится по этапам с обстоятельным пояснением каждого этапа; со ссылками на основании свойства электрической цепи и закона элек-тротехники;

- выписывается формула, используемая для решения на данном этапе, после этого в неё подставляют числовые значения величин, а затем конечные результаты расчета с точностью до 3-й значащей цифры.

Каждая контрольная работа выполняется в отдельной тетради, желательно в клетку. Условия задач переписываются полностью. Оставляются поля шириной 25-30 мм для замечаний преподавателя, а в конце тетради 2-3 страницы для рецензии. Каждая последующая задача начинается с новой страницы.

Формулы и расчеты пишутся чернилами, а чертежи и схемы выполняются карандашом в соответствии с действующими ГОСТами на условные обозначения. На графиках и векторных диаграммах указываются масштабы. Решение задач обязательно ведется в Международной системе единиц (СИ). Сокращенные обозначения единиц измерения, названия которых образованы от фамилий учёных, пишутся с заглавной буквы: (А, В, Ом и т.д.) После решения всех задач указывается перечень используемой литературы, ставится личная подпись учащегося и дата выполнения работы. Задачи, выполненные не по своему варианту, не засчитываются и возвращаются учащемуся.

После получения работы с оценкой и замечаниями преподавателя необходимо после рецензии сделать работу над ошибками, выполнить все указания преподавателя и повторить недостаточно усвоенный материал. Если контрольная работа получила неудовлетворительную оценку, то учащийся выполняет её снова по старому или новому варианту в зависимости от указаний рецензента и отправляет в колледж на повторную проверку. В случае возникновения затруднений при выполнении контрольной работы учащийся может обратиться в колледж для получения письменной или устной консультации.

Работа должна быть прислана в колледж для проверки не позже срока, указанного в учебном графике.

Лабораторные работы выполняются в колледже в период лабораторно-экзаменационной сессии. К этим работам учащиеся допускаются после сдачи всех контрольных работ. По каждой лабораторной работе составляется отчет установленной формы.

К экзамену допускаются учащиеся, которые получили положительные оценки (зачтено) по всем контрольным работам и имеют зачет по лабораторным работам.

НОМЕРА ВАРИАНТОВ И ЗАДАЧ ДЛЯ 1-Й И 2-Й КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Таблица 1

№ варианта	Номера задач	№ варианта	Номера задач	№ варианта	Номера задач
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33	1,21,22,32 2,20,23,33 3,19,24,34 4,18,25,35 5,17,26,36 6,21,27,37 7,16,28,38 8,15,29,39 9,14,30,40 10,13,31,41 11,12,31,37 11,16,30,41 2,21,22,33 3,20,23,34 4,19,24,35 5,18,25,36 6,17,26,32 7,12,27,38 8,16,28,39 9,15,29,40 10,14,30,41 11,13,31,37 1,20,31,38 2,19,30,39 3,18,29,40 4,17,22,34 5,21,23,35 6,20,24,36 7,15,25,32 8,14,26,33 9,13,27,39 10,12,28,40 11,15,29,41	34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66	1,19,30,37 2,18,31,39 3,17,31,40 4,21,30,38 5,20,29,37 6,19,22,35 7,14,23,36 8,13,24,32 9,12,25,33 10,16,26,34 11,14,27,40 1,18,28,41 2,17,29,38 3,21,30,39 4,20,31,41 5,19,28,37 6,18,27,41 7,13,24,33 8,12,22,36 9,16,23,32 10,15,24,34 11,13,25,35 1,21,26,36 2,20,27,41 3,19,28,38 4,18,29,39 5,17,30,40 6,21,31,37 7,16,23,34 8,15,24,35 9,14,25,36 10,13,26,32 11,12,27,37	67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00	1,20,28,39 2,19,29,40 3,18,30,41 4,17,31,38 5,21,22,32 6,20,25,34 7,15,22,33 8,14,23,35 9,13,24,36 10,12,25,32 11,16,26,33 1,19,27,38 2,18,28,40 3,17,29,41 4,21,30,37 5,20,31,39 6,19,23,33 7,14,24,32 8,13,25,34 9,12,26,35 10,16,27,39 11,15,28,41 1,18,29,37 2,17,30,38 3,21,31,40 4,20,22,34 5,19,23,36 6,18,24,33 7,13,25,35 8,12,26,36 9,16,27,40 10,15,28,37 11,14,29,38 1,17,30,39