Задачник по теоретическим основам электротехники. Теория цепей. Учебное пособие для вузов
.pdf2-27. Решение данной. задачи аналогично решениJ.O задачи 2-21.
Представляем заданную схему в виде двух двухполюсников относительно уэлов а и·Ь. Характеристики эtих двухполюсников иаЬ = f (/з) могут быть выражены через параметры cxekbl и заданные вольт-амперные
характеристики нелинейных резисторов.
Ih
Рис. 2-27Р.
I
Для левого активнОго двухполюсника (ток / з выходит из зажима с, потенциал которого выше) справедливы следующие уравнения
(рис.. 2-27Р, а):
|
|
|
|
11 = (Е1- Ucb)jr1; |
'-(1) |
||
|
|
|
|
/3 = 11 - |
/2.; |
(2) |
|
|
|
|
|
UаЬ = UСЬ- |
r 3/з· |
... (3) |
|
|
Задаваясь током /2' по характеристике нелинейногр резистора на |
||||||
~ходим ись, а .затем по уравнениям (1) - |
(3) определяем иаЬ и Iз. |
||||||
|
Реш~ние |
проводим в |
табличной |
форме (табл. |
|
2-27Ра) |
|
|
|
|
|
|
|
т а б л и ц а 2-27Ра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12. А |
иСЬ• В |
11. А |
18. А |
|
иаЬ• В |
|
|
|
|
|
|
2,5 |
-2,5 |
|
|
О |
О |
2,~· |
||||
0,2 |
1 |
|
2 |
.1,8 |
-0,8 |
||
0,5 |
3 |
|
1 |
О |
3,0 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Для правого активного двухполюсника (ток /3 входит В зажим а,
потенц~ал которого выше) справедливы следующие уравнени.я:
|
иаь=Е4-.и4; |
(4) |
||
|
'/б = U ab/r5; |
(5) |
||
|
/ з |
= / б - |
/4' |
(6) |
Расчет зависимости |
иаЬ = |
f (/з) |
проводим аналогично и резу.пьу~т |
|
сводим в табл. 2-27Рб. |
, |
|
|
, |
По табличным данным строим |
характеристики для |
правого (1) |
·н ~eBOГO (2) двухполюсников (рис. 2-27Р,'б). Т~чка пересечения А - рабочая точка, ,определяющая UаЬ И /3' которые соответственно·равны
1,8 В и 0,6 А.
Максимум напряжения на емкости (или квадрата напряжения)
найдем, приравнивая нулю производную dИ1;/dхс = О, откуда опре-
деляем, что напряжение на емкости достигает максимума при
xc =(,2+xl)/xL = 125 Ом.'
При этом значении Хс находим ,иСмаке по формуле (1): ИСмаке =
= 3,58 В. "
4-87. При ре~lOнансе напряжение на индуктивности равно напря
жению на емкости, т. е. UL = 180 В; и находится в противQфазе, с на·
ПJтяжением на емкости. Поэтому, напряжение на активном сопротивле
нии равно напряжению источника питания Ur = U = 90 В. В рассмат.
риваемой задаче в контуре нет резистора и конденсатор не имеет потерь.
Следовательно, под активным сопротивлением, следу'ет понимать сопро
тивление катушки.
Напряжение на зажимах катушки
. |
'(;кат=,1+jroLi ~ (;г+(;U |
||
причем сдвиг по |
фазе |
между напряжениями (;L И йГ равен 900 и |
|
|
Uкат";;'VИ~+Иt~200 В.' |
||
|
|
. |
, |
В режиме резонанса напряжение на емкости (или индуктивности) |
|||
больше напряжения питания в Q раз, где Q - |
добротность контура, т. е. |
||
|
|
Q= ис/И=.180/90 = 2. |
|
4-89. Входное сопротивление цепи |
|
||
Z |
= 'roL+' (- j. l/roС) |
'ВХ+ jXBX |
|
|
ВХ, J |
,-'j-. l/roС |
будет чисто активным при условии ХВХ = О.
Выделим мнимую часть ZBX'предварительно разделив сопротивле
ние параллельны~ ветвей на вещественную и мнимую части:
, (- j • l/roС) |
- |
j,/юс (,+ j. l/roС) |
|
|
r/«(J)(;)2 |
. |
,2/roС |
||
,-j·l/roС |
|
,2+ О/roC).2 |
,2+ О/roС)2 |
J ,2+ (I/roCf .- |
|||||
Следовательно, |
ХВХ = О при |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
roL |
|
г2/roС |
|
о |
|
(1) |
|
|
|
,~+ (l/roC)2 |
|
||||||
и по условию задачи |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
,/(roС)2 |
|
1 Ом. |
|
(2) |
||
|
|
|
,2+ |
О/roС)2. |
|
|
|||
И3 уравнения (2) находим |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
с2 = |
(г - |
,вх)/ro2, |
вх |
", |
|
(3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и емкость С = 0,3 мкФ, после чего И3 уравцения (1) определяем индуктивность L ~ 3 мкГ. ,
И3 выражения (3) видно, что входное сопро:гивление цепи может
быть чисто активным (резонанс) ТOJJ:bKO при, > ;ВХ'
4-90. Входное сопротивл~ние цепи по рис. |
4-90 |
|||||
|
|
('1 + jx1) ('2+ jxJ |
(1) |
|||
|
Zax |
'1 +'2+ jXl + jX2 ' |
||||
|
|
|||||
где |
|
|
|
|
|
|
хl = roL1 - |
l/roС1; 'Х2 = roL2 |
- |
1/roС2., |
|||
Для КОfIтура с малы~и потерями можно считать, чтО;1 -< xt и '2 « |
||||||
«~, т. е. |
|
|
|
' _ |
||
Z |
_ |
j Xl' jX2 |
' |
|
||
|
ВХ-'1+'2+ j (Xl+XJ • |
|
||||
При резона~се вХОДное сопротивление должно быть чисто актив |
||||||
ным ! Т.·е. должно бьiть |
Х1 + |
Х2 |
= О, или |
ro (L1 + Li-) -1/0) (С1+ |
||
+ С2) = О, рткуда резонансная |
частота |
|
|
|||
ffio = |
1/J(LC = 12,25·}о 6 с-1, |
|
||||
где L = L1 + L2 ; С = |
С1 |
+ С2 |
• |
|
|
|
При резонансной -частоте входное ·сопротивление· |
||||||
ZBX= -ХIХ2=~=~=З,75 кОМ. |
||||||
'1 +'2 |
'1 +'2 |
'1+'2 |
|
|
||
Добротность контура |
O)OL/('1 + (2) ~ 19. |
|
||||
'Q= |
|
|||||
ТОК в режиме резонанса |
|
|
|
|
||
|
lр = U/ZBX = ~26,7 мА.., |
|
||||
При 'увеличении частоты на |
1%, т, е. при частоте о) = 1,01 ffio = |
|||||
= 12,38·10 6 c-~, получаем Хl = - |
116 Ом; Х2 = |
132 Ом; входное сопро |
||||
тивление по формуле (1) ZBX = 226 - |
j900 ОМ ~.ТOK 1 = U/Zsx' = 110 мА. |
|||||
4-91. При решении |
задачи |
все величины, ,входящие в 'аналитиче |
ские в.ыражения, предст.авить через общую добротность контура при
резонансе:
где |
резонансная, |
частот,," фо = 1/ УLC; 'с - |
'сопр~тивление конденса |
||||
тора при 'частоте фо в пос.ледовательноЙ схеме замещения; , L .:..... то же |
|||||||
для' катушки. |
|
|
. |
|
|
||
|
Зная выр~ение для общего тока |
|
|||||
|
|
l,='и1/(,с +'L) Уl + Q2 (1'\ - 1/1'\)2, |
|||||
находим, |
что при |
ВЫСОКОЙ |
добротности ('L |
«. o)L) |
|||
|
|
и2 |
~ roLf = |
n.QU1/ |
Уl + Q2 (Т) -1/1'\) З,' |
||
|
4-92. |
Отношение токов |
|
|
|
||
|
|
|
|
а,2.= (lмакс/1)2 = |
,2+х2 |
Х" |
|
|
|
|
|
-т = 1+ ,а t |
|||
где |
х2 '= (o)L - |
I/O)C)~; |
|
|
|
Введя значение добротности Q, придадим формуле для сх,2 наиболее
удобный ви.д: . |
|
|
|
|
|
|
|
|
сх,2 = 1 + Q2X2/X~ |
при |
ХО = |
1/roСо = |
roL. |
||||
По условию задачи сх,2 = 2, поэтому |
|
|
|
|
||||
x2/x~ = (roL/xo - |
1/roСхо)2 = (1 |
- |
Со/С)2 = |
I/Q2. |
||||
Подставляя значения С1 и С2 |
И выбирая после извлечения корня раз |
|||||||
личные |
знаки |
перед |
круглой |
скобкой при |
||||
С.= С1 > СО И С = |
С2 |
< СО, |
находим: |
|||||
|
|
|
1 - СО/С1 = СО/С2 - 1 |
|||||
или |
|
|
СО = 2С1С2/(С1 + С2)· |
|||||
далее, зная СО, находим: |
|
|
||||||
с |
|
|
Q = (С1 |
+ С2)/(С1 ..:...- С2); |
||||
|
|
|
||||||
|
|
|
roL = 1/roСо; , = 1/roCoQ. |
|||||
|
4-94. |
Для упрощения расчета источник пита |
||||||
IJИЯ с напряжением и заменить источником тока |
||||||||
1 = |
U/jXL |
(рис. 4-94М). Тогда |
|
|
||||
Рис. 4-94М. |
I ~ = 1/хL Vg-:~"""'+-:.[="""'lj-x-~-ro"""(С=",х-+---::-С)""""']......2; |
|||||||
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
ILMaKC.= I/xLg,x' |
|
откуда получается выражени'е для сх,2 = (I LMtlK/ I L)2, особенно пр.осто
решаемое при сх,2 = 2.
4-103. Решая задачу, целесообразно воспользоваться параллельной
схемой замещения реального конденсатора.' |
. |
4-121.' Для развязки щ,щукТивной связи соединим |
точки а и б |
(рис. 4-121) проводником: при этом то~и в цепи не изменятся. Изобра-
--t> i, |
|
<з-iz |
• |
|
• |
|
tи, |
Lf |
Lz |
|
Lz-M |
||||
|
|
|||||||
,. |
|
|
|
С |
|
С |
||
La |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
б) |
|||
|
|
|
|
Рис. 4-121Р. |
|
|
зим полученную схему так, как показано на рис. 4-121Р, а. После раз
вязки индуктивной связи получится схема, показанная на рис. 4-121P, б. Цепь будет настроена в резонанс, если сопротивление двух парал
лельных ветвей' станет емкостным и равным по величине ro (~ - М)'+ |
||
+ roLз = 40 Ом, |
т. е. |
|
Z |
jroM [jro (L2 . - М) - j . l/roC] -j40 OM~ |
|
|
jroM + jro (L2 - |
М) - j . l/roС |
откуда находим, l/roС = 18 ом |
и С:::::: 110 мкФ.. |
При этоМ значении емкости ZBX:::::± f = 10 Ом и ток
-i1 =: U1/ZBX = 100 L 0°/10 = 10 А.
Ток i2. найдем из уравнения Кирхгофа для второг.{) контура цепи
по рис. 4-121:
(jro~- - jl/roC)i2 + jroMi1 = О
или
(j20 ~ j18)i2 + jlO· 10 = О,
откуда |
i2 = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
- |
50 А и |
i2 = 50)12 sin (rot + |
180°) А., |
|
|
||||||||||
. 4-126. |
В опыте короткого замыкания |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
ZlK = U1K/I1K = 1,06 Ом; |
cos <Рк = РК/U1K I1K = 0,043. |
|||||||||||||||
Следовательно, |
при Z~ = |
Zl |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Z |
|
- Z |
_Zf+ |
2Z1Z0 |
00455 |
1 06 |
ом |
. |
|
|
|||||
|
|
|
ВХ- |
1К- |
Zl+ Z0 |
|
'+j. |
, |
|
|
|
||||||
в опыте холостого хода Zlx = |
196 ()м; cos <Рх = 0,0795, |
откуда |
|||||||||||||||
|
|
|
ZBX == ZlX = |
Zl + |
Zo = |
15,6 + j195 |
Ом. |
|
|
|
|||||||
Можно |
положить |
Zo = |
ZlX |
И |
Zl::::::: ZlK/2 = 0,0277 + |
jO,530 Ом. |
|||||||||||
4-132. |
Рассматривая данную магнитную цепь по аналогии с цепью |
||||||||||||||||
электрической, приходим к схеме с тремя |
|
|
|
|
|
||||||||||||
параллельными |
ветвями (рис. 4-132М). |
_. |
|
|
'!М |
||||||||||||
Определяя магнитный потенциал верх |
|
|
|
|
|
||||||||||||
него |
узла |
по |
|
формуле |
для |
цепи |
с |
двумя |
|
|
|
|
|
||||
узлами |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
|
Y1MW1i1± Узмwiз |
|
|
(1) |
|
|
|
|
|
||||||
|
<Рм= |
У1М+ У2М+ уЗМ' |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
можем найти поток любой ветви, в част |
|
|
|
|
|
||||||||||||
ности |
третьМ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2) |
|
|
|
о |
|
в этом уравнении оказывается "еизве~т- |
|
Рис. 4-132М. |
|||||||||||||||
ным |
не только |
поток Ф3, но И |
ток iз, вхо- |
. |
|
|
|
|
|||||||||
ДЯЩИЙ'также в |
выражение дЛЯ ФМ' |
Однако ток [3 .определяется через |
|||||||||||||||
э. д. с., индуктированную в третьей обмотке: |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1з = |
jroСЁз, |
|
|
|
|
(3) |
а э. д. с. Ёз связана с магнитным потоком в третьем стержне равенством
Ез = -jrowзФз. |
(4) |
|
Таким образом, из (3) и (4) |
получается |
уравнение |
• wзiз = |
ro2Сw:фз. |
(5) |
Совместное решение (1), (2) и (5) позволяет определить как wзlз, |
||
так и пот'енциал qJM' Зная последний, легко |
найти поток сЬ2 и э. д. с. |
во второй обмотке, равную искомому показанию вольтметра. 4-133. Уравнение механического движения
F (t) = Кх + Bdx/dt + Md2x/dt2