- •Федеральное агентство связи
- •Оглавление
- •Общее представление о предмете электротехника
- •Основные понятия в теоретической электротехнике
- •Понятия об электрической цепи и схеме
- •Расчет цепей на постоянном токе
- •Законы Кирхгофа
- •Переменные токи и напряжения Основные понятия и параметры
- •Оценка переменного тока и напряжения
- •Понятия о комплексных и полных сопротивлениях электрической цепи
- •Гармонический ток в пассивных элементах электрической цепи
- •3 Емкость
- •Анализ последовательной rlc-цепи при гармоническом воздействии
- •Параллельные rlc - цепи
- •Принцип дуальности в электрических цепях
- •Принцип и метод наложения в теории цепей.
- •Теоремы об эквивалентных источниках или генераторах (Теорема об автономном двухполюснике)
- •Теорема обратимости или взаимности
- •Примеры
- •Колебательные контуры и резонансы в электрических цепях
- •Последовательный колебательный контур
- •Частотные характеристики последовательного контура
- •Влияние внешнего сопротивления на избирательность контура
- •Параллельный колебательный контур (простой)
- •1. Идеализированный контур
- •Реальный параллельный контур
- •Частотные зависимости параллельного контура
- •Влияние внешних сопротивлений на избирательность контура (Добротность, полоса пропускания, коэффициент подавления)
- •Сложные параллельные контуры
- •Мощность в цепи переменного тока
- •Расчет мощности в комплексной форме
- •Баланс мощности в цепях переменного тока
- •Физический смысл баланса мощности
- •Определение условия максимума активной мощности при передаче энергии от источника в нагрузку
- •Электрические цепи с взаимно индуктивными связями и методы их расчета Основные понятия о взаимной индукции
- •Последовательное и параллельное соединения индуктивно связанных элементов
- •1. Последовательное соединение
- •2. Параллельное соединение
- •Электрический трансформатор
- •2.Уравнения и схемы замещения реального трансформатора (двухобмоточного, без ферромагнитного сердечника)
- •Входное сопротивление реального трансформатора
- •Переходные процессы в электрических цепях Основные понятия о переходных процессах
- •Законы коммутации
- •Начальные и конечные условия
- •Схемы замещения элементов в различные моменты времени
- •IL (0_) l пост
- •Классический метод расчета переходных процессов
- •Анализ переходных процессов в rlc цепях классическим методом Последовательные и параллельные rl и rc цепи
- •Переходные процессы в rlc цепях Последовательная rlc цепь Подключение источника постоянного напряжении
- •Отключение источника в последовательной rlc-цепи
- •Расчет переходных процессов в сложных цепях
- •Операторный метод расчета переходных процессов Преобразования Лапласса
- •Операторные схемы замещения реактивных элементов
- •Нахождение функции времени в операторном методе
- •Операторные передаточные функции
- •Методы расчета передаточных функций
- •Временные характеристики электрических цепей
- •Методики расчета временных характеристик
- •Пример нахождения временных характеристик
- •Расчет откликов в электрической цепи на кусочно-непрерывное воздействие. (Интеграллы Дюамеля и наложения)
- •Определение отклика на прямоугольный импульс.
- •Дифференцирующие и интегрирующие цепи Общие понятия
- •Дифференцирующие цепи
- •Интегрирующие цепи
- •Спектральный метод расчета в электрических цепях Понятие о спектре периодического сигнала
- •Спектральный анализ и синтез на основе рядов Фурье
- •Графическое временное и частотное изображения спектра периодического сигнала
- •Спектр последовательности прямоугольных импульсов
- •Понятие о расчете цепей при периодических сигналах
- •Понятие о спектре непериодического сигнала
- •Спектры некоторых типовых сигналов
- •Понятие об энергетическом спектре одиночных сигналов. Ширина спектра
- •Условия безыскаженной передачи электрических сигналов
- •Нелинейные электрические цепи Основные понятия о нелинейных цепях
- •Расчет простейших нелинейных резистивных цепей
- •Аппроксимация характеристик нелинейных элементов
- •Определение реакции нелинейного элемента на гармоническое воздействие
- •Анализ спектра реакции в нелинейном элементе
- •Линейные цепи с распределенными параметрами. Длинные линии.
- •Уравнения однородной линии в стационарном режиме
- •Бесконечно длинная однородная линия. Согласованный режим работы
- •Линия без искажений
- •Уравнения линии конечной длины
- •Уравнения длинной линии как четырехполюсника
- •Линия без потерь
- •Стоячие волны в длинных линиях
- •Волновое сопротивление длинной линии.
- •Теория четырехполюсников Основные понятия и классификация четырехполюсников
- •Основные характеристики четырехполюсников
- •Системы параметров. Матричные параметры чп
- •Сложные четырехполюсники. Виды соединений чп
- •Рабочие параметры чп
- •Характеристические параметры четырехполюсников
- •Каскадное согласованное включение четырехполюсников
- •Рабочая мера передачи
- •Теория электрических фильтров Общие понятия
- •Классификация частотно – избирательных электрических фильтров
- •Лестничные реактивные фильтры
- •Реактивные фильтры типа к
- •Теорема о реактивных фильтрах типа к
- •Фнч типа к (полузвено)
- •Фнч типа к (полузвено)
- •Фвч типа «к» (полузвено)
- •Полосовые фильтры типа «к»
- •Режекторный фильтр типа «к»
- •Достоинства и недостатки фильтров типа k
- •Искажения сигнала в эц
- •Корректирующие цепи (корректоры). Общие положения.
- •Принцип корректирования амплитудно-частотных искажений (ачи)
- •Стандартные схемы амплитудных корректоров
- •Фазовые корректоры
- •Электрические машины постоянного тока Устройство электрической машины постоянного тока
- •Принцип действия машины постоянного тока
- •Работа электрической машины постоянного тока в режиме генератора
- •Генераторы с независимым возбуждением. Характеристики генераторов
- •Генераторы с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением
- •Работа электрической машины постоянного тока в режиме двигателя. Основные уравнения
- •Механические характеристики электродвигателей постоянного тока
- •Электрические машины переменного тока Вращающееся магнитное поле
- •Информационные электрические машины Сельсины
- •Поворотные трансформаторы. Индуктосины. Редуктосины
- •Тахогенераторы
- •Шаговые электродвигатели
Определение реакции нелинейного элемента на гармоническое воздействие
1. Гармоническое воздействие малой амплитуд c постоянной составляющей
, где - постоянная составляющая,- амплитуда малой величины.
В этом случае можно отдельно рассмотреть реакцию на постоянную составляющую и на гармоническое воздействие.
Здесь можно использовать понятие статического и дифференциальных сопротивлений в рабочей точке ВАХ (U0), а также графический метод на линейном участке.
, где ,
U0
0
0
0
2. Большая амплитуда напряжения
Используется графический метод (строить реакцию путем переноса точек на нелинейном участке).
U0<0
0 0
0
u
Анализ спектра реакции в нелинейном элементе
Рассмотрим спектр реакции на примере спектра тока при подаче гармонического напряжения. Если элемент линейный, то мы получаем гармонический ток (одна составляющая). Если элемент нелинейный, то получим много составляющих.
Для определения спектра, необходимо найти амплитуды спектральных составляющих и фазы. Частоты всех составляющих будут кратны основной частоте или частоте воздействия. Самый простой способ – применить степенную аппроксимацию.
Затем необходимо воспользоваться формулами разложения:
и т.д.
Число составляющих гармоник зависит от степени полинома, при этом четные степени дают четные гармоники, нечетные – нечетные.
Начальные фазы всех гармоник нулевые.
Таким образом, можно приблизительно определить спектр. Можно определить спектры при других аппроксимациях, но это более сложно математически.
Например:
Обычно амплитуды гармоник убывают с увеличением номера гармоники.
Метод нескольких ординат.
В частности рассмотрим метод трех ординат.
Данный метод позволяет определить спектральный состав тока, при этом аппроксимировать ВАХ нет необходимости. Пусть
i0
Берут три ординаты времени или и ищут ток в виде
Составляют систему уравнений:
, из которой находят амплитуды гармоник.
Можно использовать большее количество точек (метод пяти, семи и т.д. ординат).
Метод пяти ординат
.
t1= 0 (0) ,
t2=T/6 (π/3) ,
t3=T/4 (π/2) ,
t4=T/3 (2π/3) ,
t5=T/2. (π).
Ток в нелинейном элементе описывается уравнением вида:
, где .
Учитывая тот факт, что при t= 0,T/6,T/4,T/3,T/2 ток приобретает значенияimax,i1,i0,i2,iminсоответственно, получим следующую систему из 5 алгебраических уравнений:
Решая данную систему уравнений относительно неизвестных спектральных составляющих можно найти амплитуды гармоник..
Пример расчета спектра импульсов тока и построения графиков (Mathcad 2001) по методу пяти ординат показан ниже. Здесь изображены сначала кривые тока нелинейного элемента (
диода), далее гармонические составляющие тока во временном виде и потом амплитудный спектр в линейчатом виде. При этом показаны четыре гармонические составляющие и постоянная составляющая. Расчеты велись с использованием метода 5 ординат.
i(t)=I0+I1mcos(2ft)+I2mcos(22ft)+I3mcos(23ft)+I4mcos(24ft)
I0=(imax+imin+2(i1+i2))/6 , I1m=(imax─imin+i1─i2)/3,
I2m=( imax+imin-─2i0)/4, I3m=( imax─imin─2(i1─ i2))/6,
I4m=( imax+imin─4(i1+i2)─6i0)/12
Вид тока НЭ (диода) при гармоническом напряжении при 0 смещении (U0=0).
.
Спектр амплитуд тока диода
Пример исследования при кусочно-линейной аппроксимации приведен далее.