Расчет фидерного тракта

Курсовой проект - Компьютеры, программирование

Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование

Введение

 

Целью данной курсовой работы является расчет характеристических параметров четырехполюсника, коэффициента передачи и переходных процессов.

Четырёхполюсник - электрическая цепь, осуществляющая передачу сигналов от одного объекта к другому, имеет две пары зажимов, с помощью которых она соединяется с внешними объектами.

Более общая задача анализа цепей состоит в изучении переходных процессов, возникающих при переходе от одного режима к другому. Переходные процессы могут быть вызваны включением элементов в цепь, находящуюся под действием источников, или подключением цепи в целом к зажимам источника либо отключением ее отдельных элементов. Такие изменения структуры цепи называют коммутацией.

Нахождение токов и напряжений при переходных процессах является важной задачей, так как эти токи и напряжения могут в определенных случаях существенно превышать их значения в установившемся режиме и приводить к повреждению элементов цепи. Скорость протекания переходных процессов в электромагнитных устройствах и системах обработки информации определяют их быстродействие.

Для анализа переходных процессов обычно применяют два метода: классический и операторный. Классический метод анализа переходных процессов основан на классическом методе решения обыкновенных дифференциальных уравнений. Операторный метод относится к символическим методам, в которых операции над функциями времени заменяются их символами (изображениями).

 

1. Расчёт комплексного коэффициента передачи по напряжению

 

Комплексные частотные характеристики цепи делятся на входные и передаточные. Передаточная функция представляет собой отклик цепи на синусоидальное воздействие с частотой ? и единичной амплитудой. Но физический смысл этой функции варьируется в зависимости от физического смысла воздействия x(t) и отклика y(t) (рисунок 2.1).

 

Рисунок 2.1 - Четырёхполюсник

 

Если и воздействие, и отклик являются напряжениями, то передаточная функция называется коэффициентом передачи напряжения.

 

Рисунок 2.2 - Рассчитываемая цепь

 

Комплексная схема замещения этой цепи приведена на рисунке 2.3.

 

Рисунок 2.3 - Комплексная схема замещения цепи

 

Входными зажимами будем считать зажимы 1-1, а выходными зажимы 2-2. Коэффициент передачи по напряжению в режиме холостого хода

 

(2.1)

 

Выражаю из (2.1) по закону Ома через значения сопротивлений,, , , и получаю выражения для АЧХ и ФЧХ рассматриваемой цепи

 

(2.2)

 

В результате аналитические выражения для АЧХ и ФЧХ представляют собой, соответственно

 

(2.3)

(2.4)

 

Подставив в (2.3), (2.4) значения R1, R2, R3, C1, С2 получаю

 

АЧХ: ;

ФЧХ:

переходный напряжение импульсный четырехполюсник

Подставляя в получившиеся аналитические выражения АЧХ и ФЧХ ряд значений частот, с обязательным включением ?=0 и ?=?, и на основе этого составляю таблицу 2.1. Графики АЧХ и ФЧХ представлены в приложении А (рисунки 1, 2).

 

Таблица 2.1

?, К(?)?(?)0>0>90108*10-588,9403,196*10-485,81007,931*10-479,42001,546*10-3694002,809*10-349,46003,658*10-3328004,121*10-317,21034,299*10-34,82*1033,63*10-3-32,76*1031,525*10-3-708*1031,161*10-3-74?0-90

2. Переходная характеристика

переходный напряжение импульсный четырехполюсник

Переходной характеристикой линейной цепи, не содержащей независимых источников энергии, называется отношение реакции этой цепи на воздействие неединичного скачка или напряжения к высоте этого скачка при нулевых начальных условиях

 

(3.1)

 

Из выражения (3.1) видно, что , если , следовательно, переходная характеристика цепи численно равна реакции цепи на воздействие единичного скачка тока или напряжения. Размерность переходной характеристики равна отношению размерности отклика цепи к размерности внешнего воздействия.

Единичной ступенчатой функцией (функцией Хевисайда) называется функция

 

(3.2)

 

Функцию Хевисайда удобно использовать для аналитического представления различных воздействий на цепь, значения которых скачкообразно изменяются в момент коммутации.

Расчёт переходной характеристики цепи классическим методом

 

Рисунок 3.1.1 - Рассчитываемая цепь до коммутации

 

. Провожу анализ цепи до коммутации. В результате этого анализа определяю напряжение ёмкостей в момент времени, непосредственно предшествующий коммутации (t=0_)

 

 

Зададим входное напряжение равным 260 В, но т.к. функция Хевисайда единичная функция конечный ответ разделим на 260.

Используя законы коммутации, нахожу независимые начальные условия, представляющие собой ток индуктивности и напряжение ёмкости в момент времени (t=0)

 

 

Рисунок 3.1.2 - Рассчитываемая цепь после коммутации

 

Выбираю произвольно направления обхода контуров (рисунок 3.1.2) и составляю систему уравнений на основе законов Кирхгофа

 

(3.1.1)

 

Искомый ток представляю в виде суммы установившейся и свободной составляющей: .

. Нахожу частные решения системы неоднородных дифференциальных уравнений, т.е. определяю соответствующие установившемуся режиму.

. Нахожу общее решение системы однородных дифференциальных уравнений.

Составляю характеристическое уравнение (входное сопротивление цепи в комплексной форме).

 

(3.1.2)

Заменяю множитель j? на р и полученное уравнение приравниваю к нулю

<