Анализ установившихся и переходных режимов в линейных электрических цепях
ОГЛАВЛЕНИЕ
Задание на выполнение курсовой работы
1. Расчет источника гармонических колебаний
.1 Расчет тока первичной обмотки методом эквивалентного источника
.2 Построение волновых диаграмм для мгновенных значений напряжения и тока первичной обмотки трансформатора
.3 Определение параметров M68, M69, L8, L9
. Расчет четырехполюсника при синусоидальном воздействии
.1 Расчет токов и напряжений методом входного сопротивления
.2 Мгновенные значения uвх , iвх и uвых, сдвиг по фазе между uвх и uвых
.3 Расчет передаточных функций
.4 Расчет АФЧХ
.5 Построение годографа
. Расчет резонансных режимов в электрической цепи
3.1 Расчет параметра реактивного элемента в резонансном контуре
. Расчёт переходных процессов классическим методом
.1 Расчет переходной и импульсной характеристики
.2 Расчёт iвх(t) и uвых(t) с учётом запаса энергии в элементах цепи от предыдущего режима работы
а) на интервале t[0+;T]
б) в квазиустановившемся режиме
. Расчет установившихся значений напряжений и токов при несинусоидальном воздействии
.1 Расчёт iвх(t) и uвых(t) частотным методом
.2 Построение графиков входного напряжения и тока четырёхполюсника
.3 Определение параметров несинусоидальных токов и напряжений
.4 Расчет переходных процессов операторным методом
Выводы
Список использованной литературы
Задание на выполнение курсовой работы
. Расчет источника гармонических колебаний (ИГК)
1.1 Представить исходную схему ИГК относительно первичной обмотки трансформатора эквивалентным источником напряжения. Определить его параметры (ЭДС и внутреннее сопротивление) и значение тока в первичной обмотке трансформатора. В качестве первичной обмотки трансформатора выбрать индуктивность в любой ветви, кроме ветви с идеальным источником тока.
.2 Записать мгновенные значения тока и напряжения в первичной обмотке трансформатора и построить их волновые диаграммы.
.3 Определить значения Mnq, Mnp, Lq, Lp ТР из условия, что индуктивность первичной обмотки Ln известна, U1 = 5 B, U2 = 10 B. Коэффициент магнитной связи обмоток k следует выбрать самостоятельно в диапазоне: 0,5 < k < 0,95 (n, p, q, - номера индуктивностей Т1).
2. Расчет установившихся значений напряжений и токов в четырехполюснике при синусоидальном входном воздействии
2.1 Рассчитать токи и напряжения в схеме четырехполюсника методом входного сопротивления (или входной проводимости) при u1=u3=uвх.
.2 Записать мгновенные значения uвх , iвх и uвых ; определить сдвиг по фазе между выходным и входным напряжениями, а также отношение их действующих значений.
.3 Определить передаточные функции: W(s)= Uвых(s)/ Uвх(s), W(jw) = Uвых/Uвх .
.4 Определить и построить амплитудно- и фазочастотную характеристики. АЧХ и ФЧХ построить в диапазоне частот от 0 до 5000 1/с. Используя частотные характеристики, определить uвых при заданном uвх. Сравнить этот результат с результатом, полученным в п. 2.2.
.5 Построить годограф - линию семейства точек комплексной передаточной функции в диапазоне частот от 0 до ¥ на комплексной плоскости. Указать на годографе точки, соответствующие частотам 0, 1000 1/с., ¥.
3. Расчет резонансных режимов в электрической цепи
.1 Включить в схему четырехполюсника реактивное сопротивление (индуктивность или емкость) таким образом, чтобы uвх и iвх совпадали по фазе (режим резонанса напряжений). Определить значение параметра реактивного элемента, а также входное сопротивление, входной ток, добротность и ширину полосы пропускания резонансного контура.
Норма отчетности на данном этапе - 25%. 4 неделя
4. Расчет переходных процессов классическим методом
.1 Определить и построить переходную и импульсную характеристики четырехполюсника для входного тока и выходного напряжения. Показать связь переходной и импульсной характеристик для выходного напряжения с передаточной функцией.
.2 Переключатель Кл перевести в положение 2 (см. рис.2) в момент времени, когда входное напряжение u3(t)=0, du3/dt > 0, т.е. в момент начала положительного импульса напряжения u4(t). Это условие будет выполнено при равенстве аргумента входного напряжения (wt + yu3) = 2 kp, где k = 0, 1, 2, 3.
Рассчитать и построить графики изменения тока iвх и напряжения uвых четырёхполюсника при подключении его к клеммам с напряжением u4(t) в момент времени t = (2kp - Yu3)/w с учетом запаса энергии в реактивных элементах схемы от предыдущего режима работы (п. 2.2):
а) на интервале t [0+, T], где T - период изменения напряжения u4,
б) с использованием ЭВМ на интервале времени [0+, nT ], где n - количество периодов, при котором наступает квазиустановившийся режим.
Норма отчетности на данном этапе - 50%. 7 неделя
.
5.1 Рассчитать законы изменения тока iвх(t) и напряжения uвых(t) частотным методом, представив напряжение uвх(t) = u4(t) в виде ряда Фурье до 5-й гармоники:
5
uвх(t) = S (4 U m / kp) sin kwt, где k - целое нечетное число.
1
.2 Построить графики uвх(t) = u4(t), uвх(t), iвх(t), uвых(t) в одном масштабе времени один под другим, где uвх(t), iвх(t),и uвых(t) - суммарные мгновенные значения.
.3 Определить действующие значения uвх(t), iвх(t), uвых(t), а также активную мощность, потребляемую четырехполюсником, и коэффициенты искажения iвх(t), uвых(t). Сравнить графики iвх(t), uвых(t) п.5.2 с соответствующими графиками п.4.2 б на интервале времени [0+, nT ] путем их наложения, сделать выводы.
.4 Заменить несинусоидальные кривые uвх(t), iвх(t) эквивалентными синусоидами и построить их графики.
Норма отчетности на данном этапе - 75%. 10 неделя.
6. Оформление расчетно-пояснительной записки
Расчетно-пояснительная записка должна содержать:
. Техническое задание
. Содержательную часть, включающую расчетную часть, текстовое пояснение и рисунки схем и графиков. Рисунки должны быть пронумерованы и следовать в тексте сразу после ссылки на них.
. Выводы.
. Список литературы, использованной в работе.
.Оглавление с указанием страниц выполненных пунктов и подпунктов работы.
Норма отчетности - 100%. 13 неделя
1.Расчет источника гармонических колебаний (ИГК)
Исходная схема ИГК изображена на рис. 1
Рис. 1
Параметры элементов ИГК:
10в В А В300 мГн5 мкФ100 Ом200 мГн100 мГн150 Ом100 мГне2 В
1.1 Определение значения тока в первичной обмотке трансформатора
Выберем положительные направления токов в ветвях. Здесь и далее комплексные напряжения измеряются в вольтах, комплексные токи - в амперах, комплексное сопротивление (как активное, так и реактивное) - в Омах.
Эквивалентное преобразование схемы (учитывая, что внутренние сопротивления источника ЭДС и амперметра равно нулю, а источника тока и вольтметра равно бесконечности):
Рис. 2
Все независимые источники представим в комплексной форме
В=-400+400j А В=-200+200j300 мГн5 мкФ100 Ом200 мГн100 мГн150 Ом100 мГне2 В=-200-200j
Представлю пассивные элементы каждой ветви в виде комплексных сопротивлений:
Рис. 3
Рассчитываю комплексные сопротивления всех ветвей схемы:
Для расчета неизвестного тока исходной схемы использую метод эквивалентного источника напряжения (рис.4). Суть этого метода заключается в том, что схема представляется в виде активного двухполюсника, к зажимам которого подключен элемент, через который протекает искомый ток. Для нахождения этого тока нам необходимо рассчитать ЭДС и входное сопротивление этого двухполюсника.
Рис. 4
Найду ЭДС источника напряжения методом контурных токов (рис. 5). Эта ЭДС равняется напряжению на зажимах в режиме холостого хода.
Рис. 5
,
Найду параметры и . Схема для определения :
Рис. 6
Найду ток:
1.2Мгновенные значения тока и напряжения в первичной обмотке трансформатора и их волновые диаграммы
Комплексная амплитуда тока
Мгновенное значение тока
Комплексное действующее напряжение
Комплексная амплитуда напряжения
Мгновенное значение напряжения .
Построю волновые диаграммы найденных мгновенных значений тока (рис. 7.1) и напряжения (рис.7.2) в первичной обмотке трансформатора:
Рис 7.1
Рис 7.2
1.3 Определить значения ТР из условия, что индуктивность первичной обмотки известна, а коэффициент магнитной связи k обмоток следует выбрать самостоятельно из указанного диапазон: 0.5<k<0.95 (n, p, q - номера индуктивностей ТР)
Известно,
