для выполнения практических работ
Задание и методические указания
по дисциплине «Электрические цепи и линии железнодорожной автоматики, телемеханики и связи»
Задача 1
Построить частотную характеристику и записать формулу Фостера для заданного двухполюсника.
Вариант выбирается в соответствии с двумя последними цифрами шифра студента. Для студентов, у которых предпоследняя цифра шифра нечетная или 0 используется рис.1, четная – рис.2. Cхема двухполюсника выбирается по последней цифре шифра.
*** Например, если вариант 48, выбираем схему № 8 на рис. 2.

Рис.1. Схемы многоэлементных двухполюсников
(для студентов, у которых предпоследняя цифра шифра нечетная или 0)

Рис.2. Электрические схемы многоэлементных двухполюсников
(для студентов, у которых предпоследняя цифра шифра четная)
Задача №2
Определить коэффициенты А, B, C, D, первичные и вторичные параметры заданного четырехполюсника. Схема четырехполюсника выбирается в соответствии с последней цифрой шифра (рис. 3), первичные параметры четырехполюсника – по предпоследней цифре шифра (табл. 1).
Рассчитать рабочее и вносимое затухание четырехполюсника при известных сопротивлениях генератора и нагрузки (табл. 2). Обобщенная схема подключения генератора и нагрузки к четырехполюснику показана на рис. 4.

Рис.3. Схема четырехполюсника (вариант выбирается по последней цифре шифра)
Таблица 1
Первичные параметры четырехполюсника
(вариант выбирается по последней цифре шифра)
| Вариант | , Ом
| , Ом
| , Ом
| Вариант | , Ом
| , Ом
| , Ом
|
| 80-50j | 30+50j | 70+50j | 250+250j | 250-100j | |||
| 150+25j | 200j | -j30 | 75j | -30j | |||
| 120+50j | 50j | 50j | 50j | ||||
| -50j | 150+50j | -150j | -100j | 100+100j | -100j | ||
| 200-250j | -50j | 100-100j | 100-100j | 100-100j |

Рис.4. Обобщенная схема подключения генератора и нагрузки к четырехполюснику
Таблица 2
Сопротивление генератора и нагрузки (вариант выбирается по предпоследней цифрешифра)
| Вариант | , Ом
| , Ом
| Вариант | , Ом
| , Ом
|
600
| 170
| ||||
550
| 120
| 150
| |||
250
| 250
| 185
| 100
| ||
200
| 300
| ||||
350
| 180
| 420
|
Методические указания к решению задачи №2
При решении задачи необходимо:
- Нарисовать схему в электрических элементах (R, L, C).
- Определить вид четырехполюсника:
- симметричный (несимметричный);
- обратимый (необратимый);
- активный (пассивный).
3. Записать уравнения передачи четырехполюсника

- Определить коэффициенты четырехполюсника A, B, C, D и выполнить проверку
.
Для мостовых четырехполюсников коэффициенты A, B, C, D определять не надо.
- Определить вторичные параметры четырехполюсника:
- характеристическое сопротивление со стороны входа
,
где
,
- сопротивления холостого хода и короткого замыкания со стороны входа четырехполюсника соответственно, Ом.
- постоянная передачи
или
или 
Для симметричных четырехполюсников
и
.
Вторичные параметры мостовых четырехполюсников вычисляются с помощью сопротивлений холостого хода
и короткого замыкания
.
- Определить приведенное сопротивление четырехполюсника
,
где
,
- сопротивление со стороны входных и выходных зажимов соотвественно,
,
- взаимное сопротивление со стороны входа и выхода соответственно.
Для Т-образного четырехполюсника
,
,
.
Для П-образного четырехполюсника используют проводимости короткого замыкания четырехполюсника
,
,
,
, которые связаны с элементами схемы следующим образом:
,
,
.
Для мостового четырехполюсника
и 
- Дать определение рабочему затуханию и вычислить его по формуле

- Дать определение вносимому затуханию и вычислить его по формуле

Задача № 3
Построить схему комбинированного фильтра нижних или верхних частот из звеньев или полузвеньев фильтров типа
или
и рассчитать величины его элементов
,
и характеристики
и
. При расчетах принять коэффициент
=0,6. Исходные данные представлены в табл. 3, 4.
Таблица 3
Исходные данные для построения схемы фильтра
| Характеристическое сопротивление | Вариант (последняя цифра шифра) | |||||||||
| Со стороны входа 1-1' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Cо стороны выхода 2 – 2' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4
Исходные данные для расчета элементов и характеристик фильтра
| Наименование параметра | Вариант (предпоследняя цифра шифра) | |||||||||
Характеристическое сопротивление фильтра , Ом
| ||||||||||
Частота среза фильтра , кГц
| 2,5 | 3,5 | 7,4 | 4,5 | ||||||
| Вид фильтра | ВЧ | НЧ | ВЧ | НЧ | ВЧ | НЧ | ВЧ | НЧ | ВЧ | НЧ |
Примечание: ВЧ –высоких частот, НЧ – низких частот
Методические указания к решению задачи № 3
1. Построить схему фильтра. При этом следует учесть, что звенья
и
в соответствии с заданием должны чередоваться.
2. Определить величины элементов
и
фильтра, решая систему уравнений:
- для фильтров низких частот (ФНЧ) типа К 
- для фильтров высоких частот (ФВЧ) типа К 
где
- угловая частота среза, с-1.
Величины индуктивностей
и емкостей
звена типа
определяются с учетом [1, 2].
3. Рассчитать данные для построения частотных характеристик
входных и выходных звеньев построенного фильтра и построить их.
4. Рассчитать данные для построения зависимостей затухания звеньев фильтра от частоты
. На графиках представить зависимости
для звеньев фильтра.
Поскольку звенья фильтра включены каскадно, то результирующее затухание комбинированного фильтра в полосе задержания определяется как сумма затуханий его звеньев. Построить график затухания фильтра
.
Расчеты
и
выполнять для пяти частот, выбранных в полосе задержания студентом самостоятельно. Результаты расчетом представить в виде таблицы. Привести один пример расчета
и
для каждого звена.
5. Привести схемы звеньев заданного фильтра, если
=1.
Задача № 4
Вычислить вторичные параметры длинной линии, определить ее вид и построить графики изменения напряжения и тока вдоль линии. Исходные данные по последней и предпоследней цифрам шифра (табл. 5 - 8).
Таблица 5
Исходные данные для выбора типа линии (выбирается по последней цифре шифра)
| Вариант | Вид линии | Вариант | Вид линии |
| Кабельная медная | Воздушная стальная | ||
| Воздушная медная | Кабельная медная | ||
| Кабельная медная | Воздушная стальная | ||
| Воздушная стальная | Кабельная медная | ||
| Воздушная медная | Воздушная стальная |
Таблица 6
Первичные параметры линий (стальная и медная воздушные линии диаметром d = 4 мм, кабельная медная линия – d = 2 мм)
| Вид линии и первичные параметры | Частота, кГц | |||||
Активное сопротивление
, Ом/км
| Кабельная медная | 32,1 | 33,25 | 34,55 | 37,7 | 44,9 |
| Воздушная стальная | 68,4 | 96,4 | 134,2 | 187,7 | ||
| Воздушная медная | 3,02 | 3,72 | 4,98 | 6,74 | 9,1 | |
Индуктивность
, мГн/км
| Кабельная медная | 0,824 | 0,824 | 0,823 | 0,821 | 0,815 |
| Воздушная стальная | 6,5 | 5,0 | 3,86 | 3,2 | 2,8 | |
| Воздушная медная | 1,936 | 1,934 | 1,92 | 1,881 | 1,868 | |
Проводимость изоляции линии , мкСм/км
| Кабельная медная | 1,5 | 4,1 | 9,0 | 20,8 | 51,5 |
| Воздушная стальная | 1,0 | 1,75 | 3,0 | 5,5 | 11,5 | |
| Воздушная медная | 1,0 | 1,75 | 3,0 | 5,5 | 11,5 | |
Емкость
, нФ/км
| Кабельная медная | 26,5 | ||||
| Воздушная стальная | ||||||
| Воздушная медная |
Таблица 7
Исходные данные для выбора длины линии
| Вид линии | Длина линии (км)
в соответствии с вариантом (предпоследняя цифра шифра)
| |||||||||
| Кабельная медная | 2.5 | 4.5 | 6.6 | |||||||
| Воздушная стальная | ||||||||||
| Воздушная медная |
Таблица 8
Исходные данные для выбора частоты тока в линии
(выбирается по последней цифре шифра)
| Вариант | ||||||||||
| Частота, кГц |
Методические указания для решения задачи №1
При решении задачи необходимо.
- Привести схему замещения однопроводной линии.
- Указать первичные параметры заданной линии.
- Дать определение и вычислить вторичные параметры линии по формулам
, Ом;
, 1/км,
где
- угловая частота,
, с-1;
- километрический коэффициент затухания, 1/км;
- километрический коэффициент фазы.
- Определить вид линии:
- электрически короткая (длинная) линия;
- линия с потерями (без потерь);
- физическая (искусственная) линия;
- однородная (неоднородная) линия;
5. Вычислить скорость распространения волны (фазовую скорость) по формуле
.
Литература
- Каллер М.Я. и др. Теория линейных электрических цепей. - М.: Транспорт, 1987.
- Шебес М.Р. Теория линейных электрических цепей в упражнениях и задачах. – М.: Высшая школа, 1973.
- Основы теории цепей. Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин и др..- М.: Энергоатомиздат, 1989. –
528 с. - Босый Н.Б. Электрические фильтры. М.: Энергия, 1957.
- А.Ф. Михайлов, Л.А. Частоедов. Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта. – М.:Транспорт. – 1987, -383 с.
- Виноградов В.В., Кустышев С.Е., Прокофьев В.А. Линии железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. – М.: Маршрут, 2002. – 416 с.
, Ом
, Ом
, Ом
, Ом
, Ом
, Ом
, кГц
, Ом/км
, мкСм/км
(км)
в соответствии с вариантом (предпоследняя цифра шифра)