- •Билет 1
- •Законы Ома и Кирхгофа в электрической цепи
- •Преобразование передаточной операторной функции в оригинал при различных видах корней характеристического уравнения
- •Билет 2
- •Активные и пассивные элементы цепи
- •(Только обозначение не I, а j)
- •Замещение физических устройств идеализированными элементами электрической цепи
- •Трансформаторы. Основные характеристики и уравнения. Свойства
- •Билет 3
- •Согласованный режим работы в цепях постоянного и переменного тока
- •Собственная и принужденная составляющая переходного процесса. С какой скоростью они протекают? Как ее определить? Билет 4
- •Билет 5
- •Интегрирующие и дифференцирующие rc –цепи. При каких условиях измерения этих цепей будет минимальная погрешность?
- •Д ифференцирующие цепи
- •Билет 6
- •Суть принципа суперпозиции при анализе эц и есть ли ограничения?
- •Какова частота и вид возбужденных в последовательной rlc – цепи колебаний? в течение какого времени они происходят? Билет 7
- •Суть метода взаимности и компенсации при анализе эц
- •Фильтры верхних частот. Связь между полосой пропускания и параметрами деталей фильтра.
- •Билет 8
- •Зависимые источники тока и напряжения
- •Мощность в цепях синусоидального тока. Баланс мощностей.
- •Четырехполюсники. Способы формирования описания поведения четырехполюсника. Система параметров.
- •Билет 12.
- •Теорема об эквивалентном генераторе. От чего зависят характеристики эквивалентного генератора?
- •Операторная схема замещения элементов эц для нулевых и ненулевых ну
- •Билет 13.
- •Последовательная rlc – цепь
- •П араллельная rlc – цепь
- •Метод входного сопротивления (входной проводимости)
- •Метод главного определителя
- •Билет 15.
- •Преобразования Лапласа. Их смысл и применение при анализе эц.
- •Линейность (сумма всех оригиналов есть сумма всех изображений)
- •Дифференцирование оригинала
- •Свертка
- •Предельные соотношения:
- •Определим свободную составляющую, решая оду
- •Вопрос 5. Включение последовательной rc-цепи на постоянное напряжение
- •Определим свободную составляющую:
- •Зависимость полосы пропускания контура от его затухания или добротности q дается следующей простой формулой
- •Вопрос 7. Цепь с идеальным резистором r
- •Вопрос 8. Цепь с идеальной катушкой l
- •Мгновенная мощность
- •Вопрос 9. Цепь с идеальным конденсатором
- •Вопрос 10. Последовательное rlc – соединение
- •Вопрос 11. Параллельное rlc – соединение
- •Вопрос 12. Резонанс
- •Вопрос 3. Классический метод анализа переходных процессов в эц.
- •Вопрос 4. Включение последовательной rl-цепи на постоянное напряжение
- •Определим свободную составляющую, решая оду
- •Вопрос 5. Включение последовательной rc-цепи на постоянное напряжение
- •Определим свободную составляющую:
- •Вопрос 5. Операторный метод анализа переходных процессов в эц.
- •Вопрос 6. В чем состоит преимущество операторного метода анализа электрических цепей перед классическим?
- •Вопрос 13. Матричное представление методов контурных токов и узловых потенциалов
- •Вопрос 1. Что понимается под переходным процессом в электрической цепи? Какова его длительность? Чем обусловлены переходные процессы в электрических цепях? Существуют ли цепи, в которых их нет?
- •Метод численного интегрирования
Вопрос 3. Классический метод анализа переходных процессов в эц.
Классический метод расчета переходных процессов основан на составлении и последующем решении (интегрировании) дифференциальных уравнений, составленных по законам Кирхгофа и связывающих искомые токи и напряжения послекоммутационной цепи и заданные воздействующие функции (источники электрической энергии).
Порядок ДУ определяется числом независимых начальных условий. Другой способ – по формуле: , где число реактивных элементов, число независимых емкостных контуров, число независимых индуктивных узлов.
Независимый емкостной контур – контур, образованный только ёмкостями или ёмкостями и независимыми источниками напряжения.
Независимый индуктивный узел – узел, к которому подключены только индуктивности или индуктивности и независимые источники тока.
При
этом падение напряжений в активных
сопротивлениях r
и на реактивных элементах: конденсаторе
C и катушке
индуктивности L
определяются соответственно:
Преобразуя
систему уравнений, можно вывести итоговое
дифференциальное уравнение относительно
какой-либо одной переменной величины
x(t):
.
Здесь n – порядок дифференциального уравнения, он же – порядок цепи, коэффициенты ak > 0 и определяются параметрами пассивных элементов R, L, C цепи, а правая часть является функцией задающих воздействий.
В соответствии с классической теорией ДУ полное решение НДУ находится в виде суммы частного решения НДУ и общего решения однородного дифференциального уравнения:
.
Частное
решение
полностью определяется видом правой
части f(t)
дифференциального уравнения. Зависит
от воздействующих источников электрической
энергии, поэтому вид
обуславливается источниками
электрической энергии и называется
принужденной составляющей
.
Общее
решение
однородного дифференциального
уравнения зависит от корней
характеристического уравнения, которые
определяются коэффициентами
дифференциального уравнения, и не
зависит от правой части.
не зависит от воздействующих
источников и по этой причине называется
свободной составляющей
и полностью определяется параметрами
пассивных элементов цепи, а физически
процессом перераспределения запасов
энергии электрического и магнитного
полей в реактивных элементах цепи.
Таким образом, любая искомая величина в переходном режиме
.
Свободную составляющую переходного процесса ищут в виде
,
где n – порядок цепи, совпадающий с порядком дифференциального уравнения;
pk – корни характеристического уравнения (собственные числа цепи);
Ak – постоянные интегрирования.
Следует заметить, что свободный процесс происходит в цепи, освобожденной от источников энергии. При отсутствии источников свободные токи и напряжения должны со временем затухать. Следовательно, вещественные корни характеристических уравнений или вещественные части комплексно-сопряженных корней должны быть отрицательными.
Вид свободной составляющей переходного процесса определяется числом и значениями корней характеристического уравнения:
=
0.
В
случае, когда корни
характеристического уравнения
вещественные и различные, решение
имеет вид:
,
где А1, А2, …, Аm – постоянные интегрирования, которые находятся из начальных условий задачи.
В случае, когда корни уравнения – вещественные и равные, т. е. p1 = p2 = …pm = p, свободная составляющая определяется уравнением:
.
Если
корни комплексно-сопряженные
,
тогда решение имеет вид:
,
где А и
– постоянные интегрирования, определяемые
также из начальных условий задачи.
Если число корней характеристического уравнения больше одного, то необходимо иметь не только начальные условия искомой переменной, но и ее производных. При этом порядок производных, начальное значение которых необходимо знать, на единицу меньше числа корней характеристического уравнения. Для определения производных при уравнения Кирхгофа дифференцируют и решают совместно для .
Данный метод применяют для решения дифференциальных уравнений первого и второго порядка. При более высоких порядках определение постоянных интегрирования и решение характеристического уравнения представляет собой сложный процесс.
Последовательность:
Вычислить начальные независимые условия.
а)
Постоянные источники:
б)
Синусоидальные источники:
Вычислить зависимые условия.
Вычислить вынужденную составляющую.
а)
б)
Составляется характеристическое уравнение и считаются его корни. Корни определяют вид свободной составляющей.
Записываем ответ в виде:
,
уже найдя все постоянные интегрирования.
Основные этапы решения классическим методом:
Определение начальных условий
Определение дифференциального уравнения
Определение характеристического уравнения
Определение свободной составляющей
Определение принуждённой составляющей
Определение неизвестных констант
Проверка полученного решения
