U i
U 0
iпад
i( x , t0 ) l х
Рис. 160.
Отражение и преломление волн в однородных линиях без потерь
Отражение и преломление волн происходит в местах неоднородностей, которыми являются нагрузка и другие линии с другими волновыми сопротивлениями. При этом используются коэффициенты отражения и преломления:
|
|
|
|
а) коэффициенты отражения K |
|
= −K |
|
= |
uотр1 |
; |
|
|
|
|
|
|
u |
i |
uпад1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) коэффициенты преломления n |
= |
uпад2 |
и |
n = |
iпад2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
|
uпад1 |
i |
iпад1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Переход волн с одной линии (Zв1) на другую линию (Zв2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uпад1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iпад1 |
|
|
|
|
|
|
|
v1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв1 Zв2
Рис. 161.
iпад1 = uпад1 .
Zв1
122
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
= |
|
uпад1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пад1 |
|
|
|
Zв1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчетная схема |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв1 |
|
|
|
|
|
iпад3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2uпад1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uпад2,3 |
|
|
Zв3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
iпад2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 165. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определяем: i |
|
= |
|
2uпад1 |
|
|
; |
|
i |
|
|
=i |
|
|
|
Zв3 |
|
; i |
=i |
|
Zв2 |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
Z |
в1 + |
Z |
в2 Z |
в3 |
|
|
пад2 |
|
|
2 |
|
Z |
+Z |
|
пад3 |
2 Z |
+Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в2 |
в3 |
|
|
в2 |
в3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв2 +Zв3
uпад2,3 =iпад2 Zв2 .
Если Zв1>Zв3> Zв2, |
v1>v3>v2 l1>l3>l2, то при |
iпад2>iпад3 |
получаем |
график |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uпад1 |
|
|
|
uпад1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв2 |
|
|
|
|
|
v1 |
|
|
v1 |
|
|
|
v |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iпад1 |
|
|
|
|
|
iпад1 |
v1 |
|
|
|
v |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв1 |
|
|
|
Zв1 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв3 |
|
|
|
|
|
|
Zв3 |
|
|
|
|
|
|
Рис. 166. |
|
|
|
|
|
|
|
t =t0;
l1=v1·t0; l2=v2·t0 ; l3=v3·t0.
|
|
|
|
|
|
|
v 2 Z |
в2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v |
|
uпад2,3 |
|
|
|
|
|
|
iпад1 v11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
l2 |
|
|
|
|
|
|
i2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв1 |
l |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
v 3
l3 Zв3
Рис. 167.
3. Переход волн с одной линии (Zв1) на другую линию (Zв2), если в месте стыка линий параллельно включен конденсатор с емкостью C
uпад1 uпад1
|
iпад1 |
v1 |
i2 |
|
|
|
|
|
|
iпад1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С Zв2 Zв1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С Zв2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 168. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
= |
|
uпад1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пад1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчетная схема |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2uпад1 |
|
|
|
|
|
C |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uпад2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iC |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i2 iпад2
Рис. 169.
Переходный процесс рассчитывается классическим или операторным методом при нулевых начальных условиях Расчетное время
а) для линии с Zв1
t A = X A v1
б) для линии с Zв2
tB = X B v 2
Изменяя XA и XB , рассчитываем распределения напряжения и тока в линиях
а) в линии с Zв1
u A =u2 (t A )=uпад2 (t A ); iA =i2 (t A ).
б) в линии с Zв2
uB =uпад2 (tB ); iB =iпад2 (tB ).
Строим графики для t = t0, когда l1=v1 t0 и l2=v2 t0
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
uпад1 |
|
|
uпад2 |
|
|
uпад1 |
|
|
uC |
|
uпад2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v1 |
uC |
|
|
|
|
v1 |
|
|
uA |
u |
B |
v 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v 2 |
|
|
|
|
xA |
xB |
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв1 |
0 |
|
|
Zв2 |
Zв1 |
l1 |
0 |
|
|
l2 |
|
Zв2 |
|
|
|
|
|
Рис. 170. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
2iпад1 |
|
i |
|
|
|
|
v1 |
|
|
v1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iA |
|
|
iпад2 |
|
iпад1 |
|
|
|
|
i |
|
xA |
|
|
|
|
|
iпад2 |
|
пад1 |
|
iС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iB |
|
v 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
xB |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв1 |
0 |
|
Zв2 |
Zв1 |
l1 |
0 |
|
l2 |
Zв2 |
|
|
|
|
Рис. 171. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
2iпад1 |
|
i |
|
|
|
|
v1 |
|
|
|
|
v1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iA |
|
|
|
|
|
|
|
iпад1 |
|
|
iпад2 |
|
iпад1 |
|
xA |
|
|
iпад2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iС |
|
iB |
|
v 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
xB |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв1 |
0 |
|
Zв2 |
Zв1 |
l1 |
0 |
|
l2 |
Zв2 |
|
|
|
|
Рис. 172. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Такое включение емкости используется для сглаживания фронтов |
uпад2 и iпад2 в линии с Zв2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Переход волн с одной линии (Zв1) на другую линию (Zв2), |
если в месте стыка линий последовательно включена катушка с |
индуктивностью L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uпад1 |
|
|
|
|
|
|
|
uпад1 |
|
|
|
|
iпад1 |
v1 |
i2 |
L |
|
|
|
|
|
iпад1 |
v1 |
L |
|
|
Z |
в1 |
|
|
+ uL |
Z |
в2 |
|
Z |
в1 |
+ |
uL |
Z |
в2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 173. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
= uпад1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пад1 |
|
|
Zв1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчетная схема |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв1 |
|
|
L |
|
Zв2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ u |
L |
|
+u |
|
|
|
|
|
|
|
2uпад1 |
|
|
|
|
|
пад2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i2 |
= iпад2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 174. |
|
|
|
|
|
Переходный процесс рассчитывается классическим или |
операторным методом при нулевых начальных условиях |
|
|
|
Расчетное время |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) для линии с |
Zв1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t A = X A |
|
v1 |
|
|
|
|
|
б) для линии с |
Zв2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tB = X B |
|
v 2 |
|
|
|
|
Изменяя XA и XB , рассчитываем распределения напряжения и тока в |
линиях |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) в линии с Zв1 |
u A =u2 (t A ); iA =i2 (t A ); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) в линии с Zв2
uB =uпад2 (tB ); iB =iпад2 (tB ).
Строим графики для момента времени t = t0, когда l1=v1 t0 и l2=v2 t0
|
|
|
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
|
|
2uпад1 |
|
u |
|
|
|
|
|
|
|
v1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u A |
|
|
uпад2 |
|
|
uпад1 |
|
|
|
|
uпад2 |
|
|
uпад1 |
|
xA |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
uL |
|
uB |
v 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
xB |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв1 |
|
|
0 |
|
|
|
|
Zв2 |
|
Zв1 |
l1 |
0 |
|
|
l2 |
Zв2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 175. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
iпад1 |
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
iпад1 |
|
|
|
|
|
iпад2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iпад2 |
|
|
|
v |
|
|
|
|
|
|
|
|
v1 |
|
iA |
|
|
iB |
v 2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
v |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
xA |
|
xB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zв1 |
|
|
0 |
|
|
|
|
Zв2 |
|
Zв1 |
l1 |
0 |
|
|
l2 |
|
|
Zв2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 176. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Такое включение индуктивности используется для сглаживания фронтов uпад2 и iпад2 в линии с Zв2.
ЗАДАНИЕ № 4 Расчет переходных процессов в линейных
электрических цепях
I. Для заданной схемы при коммутации ключа K1 в момент времени t=0, когда ключ K2 еще не сработал, выполнить следующее.
1.При постоянном источнике ЭДС e(t)=E или тока J(t)=J опреде- лить ток i(t) или напряжение uJ(t):
а) классическим методом; б) операторным методом;
в) построить график зависимости тока i(t) или напряжения uJ(t).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
При гармоническом источнике ЭДС |
e (t ) = 2E sin (ωt +α ) |
или |
|
|
|
|
|
|
тока |
J (t ) = 2J sin (ωt +α ) определить ток i(t) или напряжение |
|
uJ(t): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) классическим методом; |
|
|
|
|
|
|
|
б) комбинированным (операторно-классическим) методом; |
|
|
в) на интервале времени 0 ≤ t ≤ |
2π |
построить график зависимо- |
|
|
|
|
|
ω |
|
|
|
|
|
|
сти тока i(t) или напряжения uJ(t). |
|
|
|
|
|
3. |
При |
импульсном источнике |
ЭДС |
e(t) = Ee2 pt или |
тока |
J (t) = Je2 pt и нулевых начальных условиях определить интегра- лом Дюамеля ток i(t) или напряжение uJ(t), построить их график зависимости (p- корень характеристического уравнения из п.1,а).
II. Для заданной схемы с постоянным источником ЭДС e(t)=E или тока J(t)=J при коммутации ключа K2 в момент времени t=0, когда ключ K1 давно уже сработал, определить ток i(t) или напряжение uJ(t):
а) классическим методом; б) операторным методом;
в) методом переменных состояния;
г) построить график зависимости тока i(t) или напряжения uJ(t). III. Проанализировать методы расчета, результаты вычислений, гра- фики зависимостей и сформулировать выводы по работе.
Примечание: объем задания уточняет лектор; 1-ая цифра номера задания – номер строки в таблице 1;
2-ая цифра номера задания – номер строки в таблице 2; 3-ья цифра номера задания – номер схемы.