Вопросы к экзамену+ответы(шпоры). Р-РС-ЭП 2 курс, 2 семестр Рябов Н.И. / Ответы / 22.0 23.0 24.0
.docx22. Расчет переходных процессов классическим методом. Составление характеристического уравнения.
23. Расчет переходных процессов классическим методом. Независимые и зависимые начальные условия.
24. Расчет переходных процессов классическим методом. Корни характеристического уравнения. Характер переходного процесса.
ЭТАПЫ РАСЧЁТА ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА КЛАССИЧЕСКИМ МЕТОДОМ. 1) Составление характеристического уравнения и поиск его корней. 2) Поиск принуждённой составляющей. 3) Нахождение независимых и зависимых начальных условий. 4) Вычисление констант свободной составляющей из начальных условий.
Решение
получается в виде:
(
)
где
- принуждённое решение, n
– порядок ОДУ (число индуктивностей и
ёмкостей)
- корни характеристического уравнения,
могут быть комплексными,
- постоянные интегрирования, определяемые
из граничных условий.
Формула
(
)
справедлива для случая различных
вещественных корней характеристического
уравнения.
Пусть
характеристическое уравнение имеет n
корней и
,
тогда

Если число одинаковых корней равно m, то соответствующий член имеет вид:

В линейных пассивных схемах (без управляемых источников) все действительные корни отрицательные.
Характеристическое уравнение – алгебраическое n-ой степени с действительными коэффициентами, если оно имеет комплексные корни, то они парные сопряжённые, а действительная часть меньше или равна нулю.
,
тогда соответствующий член свободной
составляющей принимает вид




Рассмотрим
каждый из этапов расчёта.
1) Составление
характеристического уравнения.
Составляется по ОДУ заменой
на
,
но само ОДУ выводить не обязательно



отличается
от комплексного сопротивления ветви
только тем, что
заменяется на
.
Поэтому надо записать сопротивления
индуктивностей в виде pL,
сопротивления ёмкостей в виде 1/(pC)
и составить систему уравнений по I
и II
законам Кирхгофа. Приравняв к нулю
определитель этой системы уравнений,
получим характеристическое уравнение.
Можно составить систему уравнений по
методу контурных токов или узловых
потенциалов, приравняв определитель
полученной системы к нулю, получим
характеристическое уравнение. Корни
получающихся уравнений одинаковы.
При составлении характеристического уравнения все источники из цепи должны быть выключены!

Ключ
размыкается.




,


Свободная
составляющая имеет вид:

Характеристическое уравнение схемы можно получить следующим образом. Из схемы выключаются все источники, потом берётся произвольная ветвь схемы, размыкается: получаются 2 зажима, относительно этих двух зажимов вычисляется входное сопротивление полученной схемы и приравнивается нулю, т.е. характеристическое уравнение примет вид:
.
Это – метод
входного сопротивления.
Пример:

Ключ
замыкается:

Вычислим входное сопротивление относительно зажимов источника Е:


Свободная
составляющая принимает вид

Третий
способ получения характеристического
уравнения: из схемы после коммутации
выключаются все источники (ЭДС –
закорачиваются, тока – разрываются),
относительно двух произвольных узлов
схемы вычисляется проводимость и
приравнивается нулю:

Это – метод входной проводимости.
Пример:




Свободная
составляющая имеет вид:

2) Поиск принуждённой составляющей. Расчёт установившегося режима после коммутации: если источник постоянный, делается расчёт цепи постоянного тока (емкость - разрыв, индуктивность – закорачивающий провод), если источник синусоидальный, режим рассчитывается методом комплексных амплитуд с последующим определением мгновенных значений по комплексным амплитудам. Для расчёта периодического несинусоидального сигнала используется разложение в ряд Фурье. Рассмотрим схему предыдущего примера:







3) Вычисление независимых начальных условий. По схеме до коммутации определяются напряжения на ёмкостях и токи индуктивностей, которые не меняются в момент коммутации
Пример:


Расчёт независимых начальных условий. Эквивалентная схема:


Расчёт
зависимых начальных условий. Эквивалентная
схема для момента времени
составляется следующим образом. В схеме
после коммутации емкости заменяется
источниками ЭДС с величиной ЭДС, равной
UC(0),
а индуктивности – источниками тока с
токами, равными IL(0),
по этой схеме рассчитываются все
остальные токи и напряжения по законам
Кирхгофа.


Из
эквивалентной схемы:

I закон Кирхгофа для узла 1

(1)
Зная
независимые начальные условия
и
,
находим
-
зависимое начальное условие. По формуле
(1) – найдём

(2)
зная независимые
условия, находим
,
по (2) -
вычислим
и
(независимые источники).
Составим
схему, где вместо независимых источников
ЭДС и тока стоят источники
и
,
вместо индуктивностей – источники тока
,
вместо емкостей - источники напряжения
,
по этой схеме вычисляем все производные:
,
,
Из
(1) и (2) следует:
и
,
что позволяет вычислить вторые производные
для всех токов и напряжений, и т.д.



Характеристическое уравнение и его корни:

Свободная
составляющая имеет вид:
A,
B
– неопределённые постоянные.
Принужденная составляющая вычисляется по эквивалентной схеме установившегося режима после коммутации.


Ответ:

