Задачник по теоретическим основам электротехники. Теория цепей. Учебное пособие для вузов
.pdfоткуда, |
|
|
|
|
a,l= ~ |
lп W = 1,6 Нп; |
l' |
. - |
|
_Pl=2(~+2kn)=(k-O,2) n |
рад, |
|||
где k = О; |
1; 2 ... - целое |
число полувалн, |
укла~ывающихся вдоль |
линии .
. В воздушной линJlи с потерями фаЗ0вая скорость v меньше скорости
света в вакууме, т. е. длина волны л. меньше длины волны в вакууме
А |
о |
= |
с/! = |
3 км |
соответствующей |
ча<troте |
f = |
100 |
кГц. |
" |
|||
|
|
Если |
приня;ь А = Ао, -то |
l/(A/2) = 13,3 и получаем |
kt = 13; -при |
||||||||
А < ло число k може'f быть и более |
13.(~ = |
14; kз =-15 и т. д.). Coot:- |
|||||||||||
ветственно |
Pl1= |
12,Вn рад; |
Р2! = |
13,ffn рад; Ра l = |
14,8n рад и т. д. |
||||||||
|
|
|
Каждому значенJlЮ Pl соответствует определенное значение фазо |
||||||||||
вой |
скорости v и длflНЫ |
волны А: |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
и = |
Ю/Рl = |
3,1З·100 |
км/с; и2 = 2,90·105 км/с; vз = 2,71·105 КМ/С |
|||||||
и т. Д1.; |
А1 |
= иl/! = :3,13 |
км; А2 = |
2,90'км; |
Аа = |
2,71 |
км |
и т. д. |
|||||
|
|
|
Первое решение, конечно, следует отбросить. Сделать :Выбор среди |
остальных решений, основываясь :галько на данных 'измеР~JlИЯ сопро
тивлений холостого' хода и короткого замыкания, нельзя.
Первичные параметры рассчитываЮТСII по определяющим формула~
ZB=ZB L в,=YZo/Yo; а,+iP= VZoYo,
где Zo = '0 + j(i)Lo; Уо = go + j(i)Co·
Численные значения параметров приведены в ответе.
8-22.• НапряженJfе МЩlИмально в тех точках линии, где напряжеlfИе
прямой UП} и ·встр.ечflОЙ {!встр волн в ПРотивоФа.зе, а максимальнО 'при
одинаковои фазе Uпр и UBr:TP'
Ко~ициент отражения в конце линии
N=('h-Zв)/('и+Zв)= -1/3,
т. е. 'йВС!Р = |
NUпр :е конце линии_нах,.одится в противофазе с l!"п.R' |
|||||||
Значит, |
и |
= |
Имин .:::;::; Ипр - |
Ивстр - 2Uпр/3, и так как и2 |
= 120 В, |
|||
то Uп'J = |
|
2180 |
В |
и ивстр = |
60 В. Следующие минимумы напряжения |
|||
будут 'на расстояния~ n'Л/2 |
от конца линии, где n - целое число. |
|||||||
Максимумы |
напряжения |
сдвинуты |
относительно минимумов на |
|||||
А/4 и ИМаКС = |
И |
пр -r Ивстр |
::;::: |
240 В. |
|
|
||
8-26. |
|
Входное сопротивление оБОI!Х участков линии длиной'А/4 |
||||||
бесконечно велико. (10ЭТОМУ напряжение |
в точке присоединения гене |
|||||||
ратора (пучность наJ1ряжения) |
paBНlYeг-o Э. д. с.: UП = Е = |
12 В,а на |
обоих корот~озамкнУТЫХ концах линии равно нулю. При стоячих
волнах ток в пучнос1И Jп = Ип/t в= 30 мА. Пучности тока находятся
на обоих концах линJlи, а в ,точке присоединения генератора находится
узел тока. |
- |
8-32. ЧетвертьвоЛНОВЫЙ |
трансформатор преобразует только ак. |
тивное сопротивление. Поэтому длину шлейфа у надо выбрать такой,
чтобы |
|
суммарное |
сопротивление ZH и |
шлейфа |
было чисто активным |
||||||
т. е. |
|
в |
уравнении |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l/ZH +l/jZB tg Py=gajb;j |
|
|
|
|||
|
|
|
|
Оа = |
) |
|
|
|
|
|
|
'необходимо иметь |
О'.• |
|
|
мСм и Ьз = О |
|||||||
если |
При заданном ZJJ |
получаем: I/ZH = |
(0,95 - |
jO,535) |
|||||||
|
- |
jO,535·1o-а - |
j/600tg Ру = О, откуда ~y |
= 107,50 и у = |
5,96 |
M~ |
|||||
Сопротивл'ение нагрУ3КИ |
трансформатора 'а = |
l/ga = |
1 050 |
Ом, |
а |
||||||
ZTP = VZ.'a = 195 ОМ. |
- |
|
|
|
|
|
Входное сопротивление будет активным, если угол 2~! - v равен
целому числу п, т. е. 2~! - v = kn и |
|
|
||
l = |
(" +kn)/2~. |
|
N = |
|
При YKa~aHHЫX в задаче |
величинах параметров |
получаем |
||
= 0,226 L 490 30' и v = 0,86 |
рад; |
~ = 2 280 рад/км. |
Первая |
точка |
находится на расстоянии 11 = |
v/2~ = |
0,19 м, вторая - |
на расстоянии |
|
12 = (" + n)/2~ = 0,88 м. |
|
|
|
|
8-46. При известных вторичных параметрах линии и частоте тока
схемы замещения рассчитываются тем же методом, что и для всякого
пассивного симметричного четырехполюсника. В частности, для П-об-
разной |
схемы (см. рис. 7-6, б) |
- |
|
|
Zl =Zп shg; |
2Z2=Zп shg/(chg-l) =Zп ctg-(g/2), |
|
где в |
случае линии |
Zп = ZB; |
g == yl = r.x,l + j~l. |
Для вычисления |
гиперболических функций комплексного аргу |
мента можно ПОЛЬ,зоваться формулами:
1 |
|
_ |
1 |
- |
sh у!=2 (eyl-e-yl); |
сЬ yl = |
2 |
(eyl +e-Y1)i |
|
sh yl = sh r.x,l cos ~! +j |
сЬ r.x,l -sin ~l; |
|||
сЬ yl = Cll r.x,l cos ~l+ j |
sh et:l |
sin ~/; |
th (yl/2),= (sh r.x,l +j sin ~1)/(cll r.x,l +cos ~l)
или номограмм'ами этих функций. |
|
|
|
.- |
|||||
При заданных параметрах: а! = 0,16 Нп; |
~! = 1,03 рад = 59015'; |
||||||||
sh yl = |
0,87 L |
84" |
30'; |
сЬ yl = 0,55 |
L 140; |
'Zl = |
495 L |
770 - Ом; |
|
2Z2 = |
1 020 4. |
- 870 Ом. |
|
|
|
|
|||
Напряжение в конце линии |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
UZX =2Z2U1/(Zl +2Zz)=U1/ch yl. |
|
|
||||
При |
заданных |
параметрах Uzx = |
42,6 В. |
|
|
0,025 « |
|||
8-55. |
При |
заданной |
добротности' |
сопротивление |
,/2 = |
~ О)L/2.Поэтому при расчете режима каждое звено можно рассм~три,
вать как низкочастотный фильтр без потерь. После расчета режим~ потери в любой катушке определяются по формуле /2,/2, где / - ток
вкатушке.
8-56. А. Вторичные параметры линии: ZB = 276 19 (D/,) = 552 Ом;
~l = |
1·2п/Л = |
2400. Так как |
цепочка состоит из n = .10 |
звеньев, |
то |
|||
коэффициент,фазы звена Ь = |
240. По известным ZB и Ь четырехполюс |
|||||||
ника (а == о) находим элементы Т-образного звена :Zl/2 = jZB tg (Ь/2) |
= |
|||||||
= j 117 ,Ом - |
индуктивное сопротивление, |
индуктивность |
каждой |
ка |
||||
тушки L/2 = |
2,23 мкГ; l/Z2 = j sin b/zB = |
j7,38; 10-4 См - |
емкостная |
|||||
проводимость; |
емкость |
конденсатора, С = |
7,38·10-4/0);= .14,1 пФ. |
|
||||
|
При согласованной нагрузке напряжение на входе и выходе JIюбqго |
|||||||
звена одинаково и paB~O напряжению на входе цепочки |
и1 = |
20 В. |
||||||
При |
холостом ходе |
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
|
Uk=U2 cOS (n-k+ 1) Ь; |
|
|
(1) |
||
|
|
|
и1=и2 cos nЬ. |
|
|
|
(2) |
|
U - |
Здесь k - |
номер |
звена; |
Uk - напряжение на входе 'k-r;o |
звена; |
|||
напряжение на |
выходе |
целочки. |
|
|
|
|
||
z |
Из (1) и (2) при k = 8 находим: ив= 12,35 В. |
|
|
|
-4) Определение ПО.С'l'OянноЙ интегрированИЯ.. 3-
При _1 = О из общего решения i1 (О) = i1пр(0) + А. НачаJiЬН()е
значение искомой функции i1(0) определяется из уравненир Кирхгофа, |
||||||||
записанных для t = |
О, и закона |
коммутации: |
|
|
||||
. |
i1 (О) = i 2 (О)+i a(О); |
|
|
|||||
|
'lil (О) -1'- '2i2 (О) +ис (О) =Е; |
|
|
|||||
\, |
'аiз (0)- ис (О) - |
'2i2 (О) ~ О, |
|
|
||||
где ис (О)=ис (О+)=ис (0-)= |
Е |
+ |
'а=;=5 В. |
|
|
|||
+ |
|
|
|
|||||
|
|
, |
'1 |
|
'а |
|
|
|
Из у.рав,неQИЙ, исключая |
i2 -«(» |
и ia (О), находим, что i1 |
(0} ='1,25 |
А. |
||||
Таким образом, А = |
i1(0) - |
i1пр(О) = |
|
1,25 - 1 = 0,25 А. |
|
5) Полученное решение иМ,ее:г вид: il=l,О+0~25е-?liot А.
9-13. 1) Корень характеристического уравнения
|
|
|
Рl = |
|
...... 1/'с= -400 c-1• |
|
|||||
2) Общее решение |
|
.пр+' |
.пр |
|
|
|
|||||
|
|
|
, |
|
|
|
|
||||
|
|
|
t=t |
tсв=t |
+А Plt |
|
|||||
|
|
|
|
е. |
|
||||||
3) |
Комплексная |
|
амплитуда принужденного значения тока |
||||||||
|
I |
пр т |
= |
|
_Ёm |
|
17,-3 |
L. 1420 А |
|
||
|
|
|
, _ j/ooC |
|
|
|
|
|
|||
и |
|
|
|
|
|
17,3 siп |
(оо! + 1420) |
|
|
||
|
|
|
iпр= |
|
А. |
|
|||||
4) |
Уравнение Кирхгофа, ~?писанное |
ДЛЯ |
t = О: |
|
|||||||
|
|
|
|
,i (О) + ис (О) =е (V), |
|
(1) |
|||||
гд~ по закону коммутации |
ис(О) = ис(О +) = ис(О -). |
||||||||||
Для определения иС(О - ) -рассчитываем установившийся режим до_ |
|||||||||||
коммутации: |
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
, |
|
|
Ет( - j/roC) |
75,6 L. |
32030' |
|
||||
|
иСm:'" |
|
'+'I-j/<йС |
В, |
|||||||
Таким образом, напряжение на конденсатрре в момент коммутации |
|||||||||||
- |
-ис (О) = |
ис (0-) = 75,6sin32~30' = 40,6 |
В, |
и из уравнения -(1) начальное значение искомой функции i (О) = 20 А.
Постоянная интегрирования из общего решения при t = Q:
А=} (О)-iпр (OJ~20-17,3 вin 1420=9,4 А.
5)Полученное решение имеет вид:
i= 17,3 siп (314t+ 1420) +9,4е-400е А.
9-27. 1) Определение корней характеристического уравнения.
а) Система дифференциальных уравнений Кирхгофа для цепи
рис. 9-27 после коммутации |
имеет вид: |
|
|
' |
|
. |
i1 =i2+iз; |
|
|
(1) |
|
|
'li l +,зiз=Е; |
|
|
(2) |
|
. +L di2 |
• |
о |
• |
(3)' |
|
',.1"2 |
tiI - |
'з18= |
|
~сключая из Этих уравнений токи i2 и iз, по.луtiаем дифференци.вль- |
|
ное уравнение относительно искомой величины: |
' |
~: ~(Г1+,з)+i1(Гl'2+'IГЗ+'2'з)=1? ('2+'3)'
Характеристическое уравнение
pL ('I+'З)+Г1'2+'I'З+Г2ГЗ=0
имеет· один корень., |
|
З,/2L = - |
J |
При paBHqIX сопротивлениях Рl = - |
15с-1 • |
||
б) Более .простой путь |
определения |
. корней - |
метод входного |
сопротивления. Относительно |
ветви с индуктивностью |
|
|
Z |
(р |
|
|
'1'3 |
|
|
|
|
||
|
|
|
)=Р4+'а+ Гl+'3=0 |
|
||||||||
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Здесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
1: = LI,е = ---.;.'---:-:-----,--.,.. |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
'2+'1,,1('1 +'3)' |
|||||||
2) Общее решение 'имеет вид: |
. |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
. |
= |
. |
+. |
|
+А |
е |
Рl! |
• |
||
|
|
tl |
tlПр |
tlCB = |
tiпр |
|
|
|
||||
3) |
Принужденное значение тока |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
i1пр |
|
Е |
|
|
|
- 4 'А. |
||||
|
|
'1 +'2'З/(Г2+'3) |
||||||||||
4) Определение постоянной интегрирования. |
||||||||||||
При t = О' из общего решения i1 (О) = |
i1пр (О) + А. |
|||||||||||
Из ур.авнениЙ Кирхгофа, записанных для t = О, 11 закона комму· |
||||||||||||
тации |
опред.еляем начальное |
значение |
искомой |
функции' i1 (O)~ |
||||||||
|
|
|
|
i1 (О) = i2 (О) +iз (О); |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
.'li1. (О)+гзiз (О)=Е; |
|
|
||||||
|
|
i2 (О) = i2 (0+) = i2 (0-) = |
Е/('1+,Z) = 3 А. |
|||||||||
Подставляя числовые значения и решая cOBMeCTHQ эти уравнеНИJI, |
||||||||||||
'получаем: |
i1 (О) = 4,5 |
|
А. |
Тогда |
А = i], |
(О) - |
i1пр (О) = 4,5 - 4 =- |
|||||
'=0,5 |
А. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5) |
Решение для тока получаем в виде: |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
i1 (t)='4+0,5е-~Бt |
А. |
|
|
|||||
9-32. |
При решении целесооБР,азно рассматривать всю цепь, к кото. |
рой присоединена обмотка трансформатора (узлы с, d), .как эквивалент.
ный- генератор. ,
9-34. Полный ток достигает своего максимального значения спуСТII
примерно 1/4 периода после первого (от момента включения) переход.
через нуль принужденного тока iп'р им на рис. 9-34М). Максимально ВОI·
можное значение полного тока определяется максимально возможным
значением свободного тока в этот момент времени. Это значение {с.,
конечно, зависит от момента включения или начальной фазы а.
Гр·афини свобоДНОГО Т9ка для различных моментов включения
1, 2 и 3 показаны на рис. 9-34М; |
Очевидно, что наибол.ршее .значение |
i CB (tM) = iЗСВ"им) получается при |
таком значе~ии начальной фазы а, |
когда при t ~ О: |
. |
d (- iсв)/di=diпр/dt. (1)
Если
iпр=/т sin (oot+a-(j),
где |
|
tg <р = ооЦг = оот, |
|
|
то |
. |
. 1 . ( |
) |
|
|
-Ц,; |
|||
|
'СВ=- т вт а-ср е |
t |
||
так |
как i "(О) = О. |
|
|
|
Рис. 9-34М.
Из условия (1) следует, |
что - |
; |
sin |
(а-ер)=<0 соэ (а-<р) |
или |
||||
tg (а - |
ер) = - |
tg ер, откуда а = О |
или +" n |
независимо от значений |
|||||
ooL и |
,. |
|
|
|
|
|
|
. |
|
9-39. 1) Определение корней характеристического |
уравнения |
см. |
|||||||
в решении задачи 9-27. Числовое значение корня Pl = |
-1 500 -c-1• |
||||||||
2) |
Общее решение |
+. |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
. . |
+А Plt |
|
|
||||
|
|
'3 = '-Зир |
tЭСВ = tзпр |
е. |
|
|
|||
3) |
Комплексная амплитуда принужденного эначеиия тока |
|
|||||||
|
. |
Ёт·('2+jxL) |
|
|
|
4,11 L 350 35' A~ |
|
||
1ЗПРln '1 ('2+ jxL ) +'I'З+'-З (г2"+ jxL ) |
|
||||||||
поэтому iзпр = |
4,11 sin (оо! + 35035') А. |
|
|
|
|
4) Для определения начального значения iз (О) составляем необ
ходимые уравнения Кирхгофа для мгновенных значений при t = О: i1 (О) = i2 (О) + ёв (О) И , li1 (О)+гзiз"(О) = е (О),
где '110 закону коммутаuии ё;. (О) = i2 (0-).
Для определения ~ (0-) рассчитаем установившийся синусоидаль
ный режим до коммутаuии:
1~ +4·,+. =5,92 L 21005' А,
'1 '2 JXL
откуда ё2 (0-) = 5J 92 sin 21005' = 2,12 А.