Исследование переходных процессов токов и напряжений всех ветвей электрической цепи

Дипломная работа - Физика

Другие дипломы по предмету Физика

Содержание

 

1. Классический метод расчёта

2. Операторный метод расчёта

3. Воздействие гармонической ЭДС

4. Метод переменных состояния

. Определение комплексной частотной характеристики

. Определение временных характеристик цепи

Заключение

Литература

 

Аннотация

 

Задача анализа переходных процессов заключается в общем случае в определении мгновенных значений токов и напряжений всех или части ветвей электрической цепи в произвольный момент времени после коммутации.

В данном курсовом проекте необходимо выполнить следующие расчёты: определить зависимости тока через индуктивность от времени при воздействии постоянной ЭДС классическим и операторным методами, найти зависимость тока через индуктивность от времени при воздействии гармонической ЭДС, получить график зависимости тока через индуктивность от времени численным методом, определить комплексную частотную характеристику и временные характеристики цепи.

 

1.Классический метод расчёта

 

Рисунок 1.

 

1. Анализ цепи до коммутации. Определяется значение тока через индуктивность и напряжение на емкости до коммутации (ключ замкнут). В режиме постоянного тока сопротивление индуктивности равно нулю, а емкости - бесконечности. Тогда

 

 

Здесь для нахождения мы составили уравнение закона напряжений Кирхгоффа.

.Определение независимых начальных условий. Независимыми начальными условиями являются ток в индуктивности и напряжение на емкости в момент времени , которые определяются по первому и второму законам коммутации:

 

 

После подстановки получаем:

 

. Анализ установившегося процесса в цепи после коммутации. После коммутации в цепи вновь установится режим постоянного тока. При этом ключ уже разомкнут. В этом случае ток в цепи не течет и

 

;

 

. Определение свободной составляющей реакции цепи. Составляется характеристическое уравнение цепи после коммутации. Для этого записывается выражение входного сопротивления цепи относительно источника, причем в цепи емкость заменяется на эквивалентное сопротивление , а индуктивность заменяется на эквивалентное сопротивление . Затем это выражение приравнивается к нулю. Уравнение является характеристическим. В нашем случае характеристическое уравнение может быть определено как

 

 

Таким образом, характеристическое уравнение имеет вид:

 

 

Подставляя исходные данные и решая характеристическое уравнение, получаем корни:

Следовательно, свободная составляющая тока при двух комплексно-сопряженных корнях имеет вид

 

,

 

где

 

. Нахождение общего вида реакции цепи. Общий вид реакции цепи находится путем суммирования свободной и принужденной составляющих реакции цепи:

 

 

. Определение постоянных интегрирования. Для определения постоянных интегрирования и записываются уравнения для свободной составляющей тока и ее первой производной при :

 

С учетом того, что найдем

 

Для определения записываются уравнения Кирхгоффа для цепи в момент после коммутации , причем в цепи емкость заменяется источником напряжения , а индуктивность - источником тока . Напряжение на индуктивности равно :

 

(1)

(2)

(3)

 

Решая эту систему, получаем

 

 

Подставив найденные величины в систему уравнений для определения постоянных интегрирования, получим:

 

 

Эта система имеет решение

. Окончательная запись реакции цепи.

График зависимости тока представлен на рисунке 2:

 

Рисунок 2. График зависимости тока

 

2. Операторный метод расчета

 

. Анализ цепи до коммутации и определение независимых начальных условий. Независимые начальные условия определяются аналогичным образом, как и в классическом методе:

 

 

2.Составление операторной схемы замещения цепи после коммутации. Поскольку цепь имеет ненулевые начальные условия, то с учетом внутренних источников ЭДС операторная схема замещения цепи после коммутации будет иметь вид представленный на рисунке 3.

 

Рисунок 3 - Операторная схема замещения

 

Составление уравнений электрического равновесия цепи в операторной форме. Для цепи рис.3 можно составить систему уравнений Кирхгофа:

 

4. Решение уравнений Кирхгофа относительно изображений искомых токов и напряжений. Полученная система уравнений решается простой подстановкой, и решение имеет вид:

 

 

Операторное изображение напряжения может быть представлено в виде

. Определение оригинала изображения искомого тока. Для этого найдем полюсы функции изображения

 

 

Полюсы комплексно-сопряженные, поэтому общий вид функции во временной области

 

 

где

- вычет в том полюсе, у которого мнимая часть имеет положительный знак. Вычеты определяются по общей формуле

 

.

В нашем случае поэтому

 

 

Полученное выражение совпадает с результатом, полученным при решении классическим методом.

 

График зависимости тока представлен на рисунке 4:

 

Рисунок 4. График зависимости тока

 

3. Воздействие гармонической ЭДС

 

1. Анализ це