Задания на курсовую работу Методика расчёта


Расчёт сложных цепей переменного тока символическим методом

Переходные процессы и основы синтеза линейных радиотехнических цепей


1. Переходные процессы в линейных цепях

Введение

Современные радиотехнические системы часто включают в себя комплекс достаточно сложных электрических цепей, среди которых разнообразные линейные цепи.

В зависимости от характера воздействующих э.д.с. и назначения линейных цепей в них могут протекать самые различные процессы. Поэтому необходимо иметь ясное представление о таких процессах и уметь рассчитывать их для определенной цепи при заданном воздействии. Это относится к задачам анализа процессов в цепях. Среди них все больший интерес вызывают задачи, связанные с процессами в различных импульсных системах.

В этих задачах кроме анализа установившихся или стационарных процессов важное значение имеет анализ переходных процессов, возникающих при включении или выключении э.д.с. и при воздействии импульсных сигналов. Основы электротехники Последовательное соединение элементов. Соединение элементов называют последовательным, если в них протекает один и тот же ток.

Переходные процессы, протекающие в линейных цепях, также, как и стационарные, подчиняются законам Кирхгофа, которые позволяют установить связь между э.д.с., действующей в некоторой ветви цепи и током в любой ветви.

Записанные для цепи уравнения Кирхгофа обычно приводятся к линейному дифференциальному уравнению, порядок которого зависит от числа реактивных элементов и сложности цепи.

Изучить процесс, возникающий в цепи под действием э.д.с., означает найти решение уравнения и исследовать его поведение вдоль всей временной оси.

Если по истечении некоторого времени с момента начала действия э.д.с. на цепь в ней устанавливается стационарный режим, отличный от стационарного режима, имевшегося до начала действия э.д.с., то это время, определяющее длительность переходного процесса, называют временем установления. Характер переходного процесса и величина времени установления часто являются главными факторами, от которых зависит правильность функционирования радиотехнического устройства.

Как уже говорилось, связь между током в любой ветви цепи и действующей э.д.с. устанавливается дифференциальным уравнением, которое в общем случае выглядит так:

 (0.1)

где  (K = 0, 1, 2,...n) - постоянные коэффициенты, зависящие от величины элементов цепи, i - ток в цепи, e(t)- внешняя э.д.с. произвольного вида.

Известно, что решение уравнения (0.l) может быть представлено в форме суммы

 (0.2)

Здесь i2(t) - частное решение уравнения с правой частью, в качестве которого обычно принимается стационарное (вынужденное) решение, определяющее связь между i(t) и e(t) в установившемся режиме; i1(t) - решение однородного уравнения (правая часть равна нулю) , определяющее переходной процесс в цепи.

Если цепь такова, что, то можно указать времен ной интервал конечной величины, по истечению которого с момента начала действия э.д.с. в цепи практически установится стационарный режим.

Поскольку i1(t) есть решение уравнения без правой части, то длительность переходного процесса не зависит от интенсивности и характера входного воздействия, а определяется свойствами цепи. Характер переходного процесса также существенно зависит от свойств цепи.

Возможность представления решения уравнения (0.l) в виде (0.2) опирается на основное свойство линейных цепей, выражающееся в принципе суперпозиции.

Найти решение (0.2) можно и с помощью других способов, основанных на принципе суперпозиции. Так, э.д.с. сложной формы удобно рассматривать как образованную в результате сложения элементарных э.д.с. некоторой основной формы. Находя переходный процесс, вызванный действием всех элементарных э.д.с., образующих данную сложную э.д.с., и затем суммируя полученные результаты, оказывается возможным нахождение всего переходного процесса.

В зависимости от вида элементарных э.д.с. и особенностей вычисления результирующего переходного процесса различают ряд методов анализа. Основные из них - спектральный метод, основанный на преобразовании Фурье, операторный, использующий преобразование Лапласа и временной метод, основанный на интеграле Дюамеля.

Перечисленные методы во многих случаях существенно упрощают нахождение решения уравнения (0.l). Развитие этих методов привело к тому, что каждый из них позволяет на своем языке характеризовать существенные для практики свойства цепей без обращения к их дифференциальным уравнениям. Это придало большую самостоятельность этим методам и позволяет говорить о них, как об основных методах анализа процессов в линейных цепях. Их особенности и примеры применения будут рассмотрены в последующих главах.

В заключение отметим, что если при соединении в звезду задаются линейные напряжения (что обычно имеет место на практике), то с учетом того, что сумма последних равна нулю, их можно однозначно задать с помощью двух источников ЭДС, например,  и . Тогда, поскольку при этом , соотношение (1) трансформируется в формулу

(2)

Литература

Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.

Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.

Контрольные вопросы и задачи

Какой многофазный приемник является симметричным?

Какой режим работы трехфазной цепи называется симметричным?

В чем заключается специфика расчета симметричных режимов работы трехфазных цепей?

Метод решения линейных дифференциальных уравнений, или так называемый классический метод, основан на отыскании решения вида (0.2) для уравнения (0.l).

Так, при подключении э.д.с, e(t) к последовательно соединенным индуктивности L , емкости С и активному сопротивлению R, на основании второго закона Кирхгофа получаем уравнение

которое приводится к линейному дифференциальному уравнению второго порядка

Включение цепи R, C на постоянное напряжение

 

 

Пусть в момент t=0 цепь, состоящая из последовательно соединенных активного сопротивления R и не заряженной емкости C, подключается к источнику постоянного напряжения E (рис.1.1). Наличие переходного процесса в данной цепи связано с тем, что при весьма кратковременном ("мгновенном") изменении внешнего воздействия энергия поля конденсатора не может измениться мгновенно. Действительно, при скачкообразном изменении запаса энергии в цепи мощность, потребляемая цепью, принимала бы бесконечно большое значение, что не имеет физического смысла. Энергия электрического поля емкости

Постоянная A определяется из начальных условий для данной цепи, заключающихся в том, что при t=0, = 0, так как в момент включения цепи напряжение на конденсаторе скачком измениться не может в силу непрерывного характера изменения энергии электрического поля конденсатора. Таким образом, при t=0 из (l.6) имеем 0=A+E т.е. A=-E и

Напряжение на конденсаторе в процессе его заряда возрастает no экспоненциальному закону, приближаясь к величине E тем быстрее, чем меньше постоянная времени цепи . Теоретически  при . Однако на практики вводят понятие времени установления стационарного процесса , определяемое из условия, что за это время напряжение на емкости достигает величины 0,95 E, т.е.

Если к симметричной цепи приложена симметричная система фазных напряжений прямой (обратной или нулевой) последовательностей, то в ней возникает симметричная система токов прямой (обратной или нулевой) последовательности. При использовании метода симметричных составляющих на практике симметричные составляющие напряжений связаны с симметричными составляющими токов той же последовательности. Отношение симметричных составляющих фазных напряжений прямой (обратной или нулевой) последовательности к соответствующим симметричным составляющим токов называется комплексным сопротивлением прямой
Расчёт сложных цепей переменного тока