Расчет источника гармонических колебаний

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе на тему:

«Анализ установившихся и переходных режимов в

Линейных электрических цепях»

Вариант №16

по дисциплине «Электротехника»

Студент _________________ ___(________________)Группа РКТ1-51

Руководитель курсовой работы _____ __к.т.н, доцент Селиванов К.В.

2017 г.

Содержание

Содержание. 2

1. Расчет источника гармонических колебаний.. 9

2. Расчет установившихся значений напряжений и токов в четырехполюснике при синусоидальном входном воздействии.. 17

3. Расчет резонансных режимов в электрической цепи.. 21

4. Расчет переходных процессов классическим методом.. 23

5. Расчет установившихся значений напряжений и токов в электрических цепях при несинусоидальном воздействии.. 32

Список литературы.. 41

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Расчет источника гармонических колебаний (ИГК)

Представить исходную схему ИГК относительно первичной обмотки трансформатора эквивалентным источником напряжения. Определить его параметры и значение тока в первичной обмотке трансформатора. В качестве первичной обмотки трансформатора выбрать индуктивность в любой ветви, кроме ветви с идеальным источником тока.

Записать мгновенные значения тока и напряжения в первичной обмотке трансформатора и построить их волновые диаграммы.

Определить значения Mnq, Mnp, Lq, Lp из условия, что индуктивность первичной обмотки Ln известна, U1=5В, U2=10В. Коэффициент магнитной связи обмоток k следует выбрать самостоятельно в диапазоне: 0,5<k<0,95.

Расчет установившихся значений напряжений и токов четырехполюснике при синусоидальном входном воздействии

Рассчитать токи и напряжения в схеме четырехполюсника методом входного сопротивления (или входной проводимости).

Записать мгновенные значения uвх, iвх и uвых, определить сдвиг по фазе между выходным и входным напряжениями, а также отношение их действующих значений.

Определить передаточные функции W(s)=Uвых(s)/Uвх(s), W(jw)=Uвых/Uвх.

Определить и построить амплитудно- и фазочастотные 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 полученным в п. 2.3.

Построить годограф – линию семейства точек комплексной передаточной функции при разных частотах в диапазоне частот от 0 до ¥ на комплексной плоскости.

Расчет резонансных режимов в электрической цепи

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.

Расчет переходных процессов классическим методом

Определить и построить переходную и импульсную характеристики четырехполюсника для входного тока и выходного напряжения. Показать связь переходной и импульсной характеристик с передаточной функцией.

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 четырехполюсника при подключении его к клеммам с напряжением u4(t) в момент времени t=(2kp - yu3)/w с учетом запаса энергии в элементах цепи от предыдущего режима:

а) на интервале t [0+, T], где T – период изменения напряжения u4;

б) с использованием ЭВМ на интервале t [0+, nT], где n – количество периодов, при котором наступает квазиустановившийся режим.

Расчет установившихся значений напряжений и токов в четырехполюснике при несинусоидальном входном воздействии

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:uвх(t) = S (4 Um / kp) sinkwt, где k – целое нечетное число.

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.

Определить действующие значения uвх(t), iвх(t),и uвых(t), а также активную мощность, потребляемую четырехполюсником, коэффициенты искажения iвх(t), uвых(t). Сделать выводы.

Заменить несинусоидальные кривые uвх(t), iвх(t) эквивалентными синусоидами и построить их графики.

Цель курсовой работы – закрепить теоретический материал, научить студентов приемам и методам познавательной деятельности, умению обобщать и вырабатывать навыки творческого мышления и самостоятельно работы.

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ

Предметом курсовой работы является исследование электрической цепи, структурная и функциональная схемы которой показаны на рис. 1 и 2 соответственно. Схемы активного двухполюсника – источника гармонических колебаний (ИГК), четырехполюсника и параметры их элементов выдаются преподавателем по вариантам в виде раздаточного материала.

Схема источника гармонических колебаний состоит из источников ЭДС и тока одинаковой частоты и пассивных элементов разного характера, соединенных определенным образом (см. рис. 2).

Рис.1 Структурная схема электрической цепи

Роль первичной обмотки линейного трансформатора (ТР) выполняет одна из индуктивностей Ln, входящих в состав источника. При этом последовательно с индуктивностью не должен быть включен источник тока, и ток в этой ветви не равен нулю, например, L₃на рис. 2. Если в схеме нет такой индуктивности, то ее нужно создать, включив в любую ветвь без источника индуктивность 100мГни емкость 10мкФ. Установившийся режим в схеме источника от этого не нарушится. Линейный(воздушный) трансформатор имеет две вторичные обмотки L₈ и L_9.

Рис.2 Функциональная схема цепи

Напряжение вторичной обмотки ТР подается на вход повторителя, собранного на операционном усилителе (ОУ) DA1. Ориентировочные параметры такого усилителя следующие: , , , , где — коэффициент усиления по напряжению, а — верхняя рабочая частота. Часто такой ОУ используется не для получения усилительного эффекта, а для предания электрическим цепям особых свойств, получить которые без него сложно или невозможно. Для работы ОУ к нему необходимо подвести постоянное питающее напряжение . Цепи питания на схемах обычно не изображают.

В большинстве практических расчетов характеристики ОУ идеализируют. При этом считают, что входная проводимость и выходное сопротивление равны нулю, а коэффициент усиления имеет бесконечно большое значение. Выходное напряжение повторителя , мощность входного сигнала равна нулю, а мощность выходного может принимать любое значение в зависимости от нагрузки — это не противоречит закону сохранения энергии, так как она обеспечивается источником питающего напряжения ОУ.

Напряжение со вторичной обмотки ТР подается на инвертирующий вход компаратора — порогового элемента, преобразующего гармоническое (синусоидальное) колебание в разнополярные импульсы прямоугольной формы: при , при . Компаратор собран на ОУ DA2 с разомкнутой отрицательной обратной связью (ООС). В цепи без ООС коэффициент усиления ОУ оказывается чрезвычайно большим и синусоидальный сигнал преобразуется в прямоугольный. Следует обратить внимание, что напряжения и находятся в противофазе, а напряжению соответствует .

Токи во вторичных обмотках трансформатора ТР для идеальных ОУ ( ) равны нулю, поэтому нагрузка трансформатора никакого влияния на активный двухполюсник не оказывает.

Переключатель Кл позволяет подключить заданную схему четырехполюсника либо к выходу повторителя, либо к выходу компаратора. Переключение из одного положения в другое происходит мгновенно. В исходном (начальном) состоянии переключатель Кл находится в положении 1 (см. рис. 2). Изменение положения переключателя вызывает в схеме четырехполюсника изменение режима работы и возникновение переходного процесса.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ