Добавил:

Adamant Студент, если у тебя есть завалявшиеся работы, то не стесняйся, загрузи их на СтудентФайлс! Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Петербургский государственный университет путей сообщения им. императора Александра I

Предмет:

Теория линейных электрических цепей

Файл:

Учебник Каллер

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

26.05.2021

Размер:

10.13 Mб

Скачать

☆

1 / 341 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

ВВЕДЕНИЕ

ав

матики

телемеханики

вя и

на желе н д р

жн м

Си

темы

то

ан

рте

пр

ед

тавляют

со

техни

кие

ред

тва

управления пере

спо

це

ос

твующие

вышению

эффективн

ти ра

ным

про

ссо

сп

по

ос

озоч

асности движения поездов.

Их роль и значение не

боты дорог и безоп

ывн

тают.

К таким

темам

ледует

тне

ти

авт

ки

пр

озр

централизации, автоматиче

ровку, диспетчерскую и электрическую

скую

локомотивную

сигнализацию,

системы

поездной

радиосвязи.

сп

ециальны

вид

тделен

техн

ги

вя

ей,

ор

гани

зуемых по

цеп

ям воздушных, кабельных и

радиорелейных линий,

и др.

Наряду с всевозрастающим использованием указанных

систем вво

дят авт

мати

ацию

про

це

ета

управления

ерев

ным

пр

сс

озоч

именением элект

нн

вы

лительных

машин,

для

ег

ссо

пр

о-

ро

на транспорте

создают комплексную автоматизированную

систему уп

равления железнодорожным транспортом.

Ее комплекс

технических

средств состоит из

системы

ВЫЧI-IСЛИТельны

центров и

сети

передачи

данных,

использующей каналы

проводной и

радиосвязи .

Новые системы автоматики, телемеханики,

связи и управления ос

новываются

на

последних достижениях науки

и техники,

ль

шей

степени здесь находят применение микроэлектроника н элементы

вы

лительн

те

хники.

Новая техника для

анализа работы и проек

тирования

составляющих

ее

тв требует т

ны

мет

ра

ч.

ета

кот

ые

на

ительн

ро

оч

й мере

вывают

я на

те

рии линейных

ор

ос

(ТЛЭЦ

элект

ески

це

пей

Методы

ТЛЭЦ

широко

применяют в инженерных

расчетах элемен

то

самы

раз

нообразных

устройств

автоматики

телемеханики

связи

ос

об

енн

пр

отрении

жных

тем,

ост

ящих

сс

элект

нны

механи

ких и

ро

других

риб

в,

ак

как т

льк

ред

тавление

ра н

ва

ЛЭЦ

ра

ных

поз

ооб

приб р

экви

лентными

хемами Т

ивать в аим

оляет рассмат

дей

твие

тей

жных

тем еди

ным образом.

Этим

няет

В ТЛЭЦ

объ

зра

тающее и

ль

вание

мет

ся всев

тра лях

авт

спо

зо

в е

матики,

телеме

аники и

вя

и .

ка

занными мет

дами

ль

СВЧ

я в цифр

й технике,

ри

ра

етах

зуютс

приб

в,

микр

эле

во

сч

ктр нны

труктур

лу

ая

ЛЭ

многих других

х.

Тольк

мет

дами

жн

ра

ссматривать

у л

вия передач

иг

нал

и к

ожным трактам,

пр

ры

птими

ируют

ус

вия

передачи .

х о

Основные разделы теории линейных электрических цепей - теория четырехполюсника, теория электрических линий, методы анализа и синтеза электрических цепей с заданными частотными или временными

характеристиками, применяемые при построении электрических филь

тров, корректоров, усилителей и других элементов аппаратуры, - находят самое широкое использование.

Сложность и специфика задач, с которыми сталкиваются специали

сты, работающие в области железнодорожной автоматики, телемехани
ки и связи, заставляют их прибегать	к	лэц.
		специальным разделам Т
Так, при расчете рельсовых цепей применяют теорию несимметричных

и многопроводных линий. На основе ТЛЭЦ точно и тщательно рассчи

тывают взаимные влияния между цепями телемеханики и связи и влия

ния на них со стороны электрической тяги и линий электропередачи,

возбуждаемых распределенными источниками. Методами, отличными

от обычно применяемых, рассчитывают групповые цепи технологиче ских отделенческих связей и др.

По учебному плану подготовки специалистов железнодорожной ав

томатики, телемеханики и связи методы расчета линейных электричес

ких цепей, наиболее широко используемые при конструировании раз личных конкретных устройств в системах (рассматриваемых в специ альных дисциплинах), изучают в курсе «Теория линейных электриче

ских цепей железнодорожной автоматики. телемеханики и связи». Этот курс следует за курсом «Теоретические основы электротехники» и на

правлен на углубленное изучение теории линейных элеКТРJAческих це

пей с сосредоточенными и распределенными параметрами с учетом под

готовки студентов к решению разнообразных задач, связанных с пере-
•	сигналов в	v	v	автоматики, телеме-
дачеи		устроиствах	железнодорожнои

ханики и связи.

Основные положения, изучаемые в курсе «Теория линейных элек трических цепей железнодорожной автоматики, телемеханики и связи», находят применение и дальнейшее развитие в теории рельсовых цепей,

изучаемой в специальном курсе «Автоматика и телемеханика на пере гонах», в теории электрических фильтров - «Многоканальная связь

на железнодорожном транспорте», при расчетах групповых линий

«Технологическая телефонная связь на железнодорожном транспорте ,
	.	»
взаимного влияния различных линий - «Линии автоматики	.	телеме
ханики и связи» И во многих других случаях.

Глава 1


					О		ТЕРИСТИКИ
	УСЛОВИЯ РАБ ТЫ И ХАРАК
				ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
				ОСОБЕННОСТИ УСЛОВИй РАБОТЫ,
	КРИТ	ЕРИЕВ		ОЦЕН	КИ КАЧЕСТВА И МЕ		ТОДОВ АНАЛИЗА
		t.t.
			И СИНТЕЗА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕй
Широко известное понятие электрической цепи применяется давно,
но с	течением времени непрерывно наполняется новым								содержанием.
В	курсе «Теоретические основы						ехники»		э л е к т р и
						электрот		взаимосвязанных
ч е с	к а я ц е п ь		определена как совокупность

устройств для передачи, распределения, преобразования электрической
и других видов энергии и информации при условии , что проходящие
в устройствах процесеы можно описать, оперируя понятиями э. Д. с. ,
тока и напряжения.				Включение в это определение понятий энергии и
информации подчеркивает ту чрезвычайную широту и									разнообразие
задач, которые можно решить методами ТЛЭЦ. Любую электрическую
цепь характеризуют связями между ее						напряжениями, токами и пара
метрами, определяемыми законами Ома и Кирхгофа. Эти законы явля
ются основными и действуют во всех						электрических цепях энергети

ческих, телемеханических систем или систем связи.

Однако условия передачи энергии или ИНформации имеют свою спе

цифику, поэтому для анализа работы и синтеза электрических цепей

телемеханики и связи в процессе ииженерной деятельности применяют специальные приемы (отличающиеся от используемых в энергетике),

которые зависят от их условий работы и назначения.
Напряжения		и токи. Электрическая цепь,					являющаяся элементом
энергетических		установок, включающих и блоки питания систем теле
механики и связи,					как правило, в установнвшемся режиме работает
при определенном напряжении постоянного или переменного тока с за
данной частотой (обычно 50 Гц). Форма и спектр последнего приведены
соответственно на рис. 1.1, а и б.
Электрические				цепн систем телемеханики			и	связи, образующие
тракты	передачи		сигналов, находятся под непрерывно изменяющимся
неиз
вестным напряжением сигналов. Примеры зависимости от времени
напряжения в цепи телефонной связи и напряжения телемеханического
сигиала приведены					твенно на рис.	1.2, а и б. Очевидно, что н то
				соответс
ки в цепях также меняются неизвестным						в каждый момент времени и
непредвиде			образом. Эти изменяющиеся				напряжения и токи яв
	нным
ляются случайными					процессами , их можио пред
							ставить состоящими из
многих гармонических колебаний с разными частотами и изменяющи
ми я амплитудами и фазамн. При передаче сигналов контроля и наст
роики,	например		последовательности импульсов постоянной длитель
ности	(рис. 1.3,		а),		амплитуды и фазы	гармонических ( астотных)
								ч

о)

uи

Рис. 1.1

и	li
о}.	а)
о	о
	(QD=2ff T {JJ

t Рис.

о)и

1.2

составляющих сигналов постоянны во времени. Такие сигналы можно характеризовать спектром напряжения (рис. 1.3, 6).

Сигналы, несущие информацию и являющиеся случайными процес сами, в ряде случаев можно приближенно заменять детерминирован ными процессами, частотные состаВляющие которых имеют постоянные амплитуды и фазы и, следовательно, могут характеризоваться спектром иапряжения (или тока) .

Составляющие частотного спектра напряжения сигнала могут зани мать полосу частот, в пределах которой существенно меняются харак

теристики цепи. Такие сигналы называют ш и р о								к о п о л о с н ы м и.
			X	X			X			3
Так, например, основные составляющие сигнала (см. рис. 1.3) имеют
частоты	О,	(00, 3(00'	сопротивление			катушки индуктивности для них
соответственно будет			L (О) = О,		L	«(00) = (OoL,			L (	(00) = 3(OoL.

Таким образом, не зная напряжения и тока в цепи, ",ожно говорить

только	об их отношении для каждой частотной составляющей сигнала
iJ «(0)/1	«(О)		= z «(О) или		1 «(0)/(; «(О) = у «(О), т. е.	о	характеристиках
цепи Z	«(	О),	у	«(О) и др. ,
					которые будут рассматриваться далее.

Каждая цепь в зависимости от ее конкретного назначения (функции)

должна характеризоваться зависимостями своих параметров от часто ты. Изучение и получение таких характеристик являются одной из ос

новных задач теории линейных электрических цепей.

Элементная база и структуры. Orносительно небольшие значения

зи позволяют расширять элементную" базу, используя наряду с тради ционными для цепей элементами L и С микроминиатюрные усилите ли, интеграторы, линий задержки и др ., а в качестве колебательных элементов - кристаллы кварца или металлические стержни.

напряжения и токов в электрических цепях систем телемеханики и свя

Основным направлением создания цепей с заданными связями меж ду напряжением и током в устройствах формирования и обработки сиг налов является использование микроминиатюрных элементов.

Рассмотрим, например, простую цепь (рис. 1.4, а). Представим себе.

что она является элементом устройства преобразования сигналов. В це

а•)	пи проходит	ток	и		уравнение
	равновесия напряженийi				имеет вид:
о		di	=u
	,i+L -			1
		dt
	di	'i				(1.1 )
Рис. 1.3	или - :: --·t- -и1 .
	dt	L		L

Как видно, характеризуемые соотношениями (1.2) и (1.5) преобра

зования сигналов могут выполнять	цепи с различными структурами
и элементной базой .		легко строить
Использование интеграторов и усилителей позволяет
усиления, зависящими от г, 1 IL,их значения задают ко		ициеитами
цепи с изменяющимися (управляемыми) сопротивлениями, индуктив
ностями, емкостями (поскольку	эфф
I /С)	и в микроминиатюрном испол

нении.

Рассмотрим теперь часто встречающийся в практике случай изме нения сигналов не непрерывно, а только в отдельные равностоящиеuмо менты времени kT, где Т« иг. Такие значения напряжения (t) для моментов времени kT, называемые о т с ч е т а м и, представляют

. собой импульсы напряжения, появляющиеся на входе и выходе цепи

при замыкании контактов, через которые подводятся и снимаются
в таких случаях напряжения			(t).
Найдем ('вязи между	входными и выходными импульсами напряже
		u

ния (см. рис.	1 .4. а). Это можно сделать, отказавшись в дифференци
альном уравнении (1 .2) от предельного перехода к 6.t -+ о				при	опреде
лении d/dt. В	этом случае вместо уравнения (1 .2) можно написать
и2((k+ 1) Т) ,-и2[kT)		r	r
	Т	-Т и2 [kTJ +т и, [kТj.		1) TJ. полу
Решая последние соотношения ОТНОСI-Iтел ьно и2 [(k '+
чим	u1[(k-i-l) Tj= ( 1- T) U2IkTI' '		TuJlkTI.

или

u21(k · .I) Tj=uu2 (kTI-+ Ьи\ [kTI.

(1.6)

Соотношению (1 .6) соответствуют (:хемы (рис . 1 .4. г 11 д). представ ляющие собойи эквивалентные способы изображения одних и тех же

связей. Каждая из них содержит элемент задержки на время Т. два усилителя сумматор.

Заметим, что в дифференциальных уравнениях (1 .2) и ( 1 .3) коэффи циенты А и В имели размерность l/с. В конечно-разностных уравне

ниях (1 .6) и (1 .7) коэффициенты а и Ь безразмерны.

Как показывает рассмотренный простой пример , определенное пре

образование сигнала (см., например, рис. 1 .4, а) может быть аналити

чески задано разными эквивалентными способами посредством выраже

ний (1 .2), (1.5), (1 .6) и выполнено по схемам с различной элементной

базой.

Характерным для синтеза цепей телемеханики и связи является ис

пользование определенных стр уктур (канонических схем) независимо от

элементной базы.		Так, например, в схемах, привеценных на рис. 1 .4
6 и	применены	наборы элементов разного базиса, но общей струк
туры.г,			,

Аналитические способы представления определенного преобразова
8	однозначно определяются друг через друга, и при	описании цепей
ния

может быть использован любой их них. Однако наиболее удобным и
ым	является определение и применение операторных или частот
прост				которые	в основном и будут использованы
ных характеристик,
в дальнейшем		.				.
Критерии оценки качества.						При эксплуатации существующих и
созданиИ новых устройств одной из важнейших задач яВляется оценка
качества их функционирования.						Такая оценка чаще всего бывает комп
лексной,	включающей В себя ряд требований. Среди множества таких
требований, предъявляемых к цепям энергетических установок, преж
с	следует		назвать требование к повышению их К.п.Д. Как след
де в его
ствие этого, источники электрической энергии должны иметь возможно
			е сопротивление			.
малое внутренне
В цепях автоматики, телемеханики и связи мощности передаваемых

сигиалов относительно малы, поэтому снижение к.п.д. особого зна чения не имеет. В то же время высокая стоимость генераторов и необ

ходимость их эффективного использования требуют создания условий

передачи приемнику максимально возможной мощности . Кроме того,

повышение мощности полезного сигнала, поступающего в приемник,

в информационных системах телемеханики и связи облегчает борьбу

с помехами.

Для выяснения условий передачи от источника энергии к приемни

ку максимальной мощности рассмотрим схему, содержащую источник

э. д.С.

с внутренним сопротивлением Zr =

'г

jXr, К зажимам кото

рого

приемник

с сопротивлением

+ jx

(рис.

1.5).

подключен

Активная мощность приемника

.7)

Очевидно,

что при

любом , мощность достигает наибольшего значе

ния при

Х =

- Хг'

этом случае

"-оЕ2,/('г+ ,)2.

Исследовав полученное выражение на экстремум, найдем, что мощ

ность максимальна при ,

'г' Таким образом,

приемник получает от

источника максимальную

когда его комплексное

активную мощность,

сопротивление сопряжено=с

комплексным сопротивлением источника

=ZГ'

•

При этом условии

Х = -

Ртах=Е2/4гг.

( I

.8)

При

хг мощность источника энергии

Pr =EI=E2j(rr+r).

эффи

'1=

Р/РГ= ,/(гг+г).

иент

полезного

ействия

Из заВИсимостей РГ

Р и

(рис. .6) от сопротивления приемника

видно, что соотношениями=

,< 'г

сопротивленийТJ 1

приемника и

генератора

определяются три режима работы цепи:

режим приближает-

1,0

t Е

P,.,P,1J

0,5

Рис. 1.5

'г

rr Рис. 1.6

ся к короткому замыканию,

условия крайне необлагоприятные,

с ма

лыми значениями

и Р;,

- согласованный режим, оптимальный

для цепей автоматики, телемеханики и связи,

при,

= 'г

приемнике

ходу,

ре

выделяется максимальная активная мощность,

'г

к холостому

0,5;

жим, приближающийся

выделяемая в приемнике

мощность невелика, однако К.П.д.

I (оптимальный

режим для

электроэнергетических систем).

В некоторых случаях реактивные сопротивления приемника и ис

точника энергии

скомпенсировать

не

удается. Выделяемая при этом

в приемнике активная

мощность бу ет максимальна при равенстве

модулей полных

сопротивлений приемника

и источника

(IZI

IZrl)

<Рг:

и зависит от соотношения

аргументов этих

сопротивлений <р

г CO---S qJ---"'

(1 .9)

Ртах =

2 , Zr' (1

+COS (СРг-ЧJ»)

-----

Непосредственное согласование приемннка с источником энергии

не всегда удается. В таких случаях для согласования

применяют

перехо ные трансформаторы

или

специальные четырехполюсники

с реактивными элементами.

Потребление энергии цепью формирования или преобразования снг налов, построенной на миниатюриых элементах (см. рис. 1 .4), настоль ко мало, что энергетические соображения при их эксплуатации и про ектировании во внимание не принимают. Критериями качества здесь являются чувствительность (устойчивость) к изменению значений параметров элементов, габаритные размеры, надежность, отсутствие

опасных отказов.			Особое место в современных системах автома
Специальные цепи.
тики и	телемеханики заннмают рельсовые цепи (РЦ).				ОНИ включают
в себя	в ка естве элементов (проводников) рельсы и являются источни
	ч	о местоположении подвижной единицы, состоянии
ками информации
	т	а также		трактами связи между различными		элемен-
рельсового пу и,				!н
	l.
<f:-J			Н t!J Рис. 1.7

1 / 341 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Теория линейных электрических цепей

#
18.04.2022230.19 Кб29primer_kursacha.docx
#
11.12.2021172.03 Кб11тест-экзамен ответы 709.docx
#
11.12.2021196.3 Кб6Тест-экзамен.docx
#
26.05.202110.13 Mб59Учебник Каллер.pdf
#
18.04.20221.43 Mб18Фильтры.pdf
#
18.04.2022359.99 Кб6ЦИФРОВЫЕ КИХ-ФИЛЬТРЫ.pdf
#
18.04.2022887.07 Кб16ЦИФРОВЫЕ ФИЛЬТРЫ.pdf
#
07.02.20225.29 Mб58Экзамен ТЛЭЦ.pdf