Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Некоторые специальные разделы курса теоретической электротехники учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
4
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
4.07 Mб
Скачать

- 99 -

,1з рассмотренных примеров видно, что данный путь отыс­ кания коэффициентов передачи граціа громоздок. Кроме того, громоздкими получаются выражения передач ветвей после экви­ валентных преобразований, что в конечном счете приводит к выражениям в виде многоэтажных дробей.последние треСуш аналитического преобразования: для приведения к виду рацио­ нальной дроби.

Ь'то же время с помощью преобразований можно выделить отдельные существенные связи рассматриваемой, цени (цепи обратной, связи, например) , наглядно проследить взаимосвязь отдельных параметров.

§ 9.Общая Формула передачи грааа.

На основе свойств определителей Мэзон (1956г.) пока­ зал, что передача гра^а в общем вида может быгь записана непосредственнд по видутрафа следующим обрааом:

Здесь Р*

- передача к-го

прямого

(сквозного)

пути

от

источника к стоку , п.

-

число таких

путей, Д

- общий

определитель

графа,

й*

-

алгебраические дополнения

оп­

ределителя. Вышеприведенная формула сходна по виду с фор­ мулой Крамера - и дает общее решение системы уравнений через определители.Однако в формуле мезона общий определи­ тель и алгебраические дополнения имеют вполне определенную электротехническую трактовку.Имеется и методика их определения.

Согласно аіззону общий определитель обусловлен исклю­ чительно величиной передач контуров графа и может быть записан «следующим образом:

Д - * -

* Z I LLL*

-

L i l t * . . . .

Здесь Li

-передача i-io

контура, равная произве­

дению передач всех ветвей,

обр> зующих данный контур;

"ZlLi

- сумма передач всех

контуров, графа;

L

 

 

 

 

 

- 100

-

 

.x:Ul*. сумна 'роизведеним. передач всех контуров, не каса­

ющихся друг друга,

перемноженных

попарно.

•jZ.l.iLMlf

_ С у М м а

произведений, передач контуроБ,некасающихся

друг друга,

взятых

по трое

и т.д.

Продолжая формулу следует

записать , все призведениа передач четного числа цесопри&>-

сающихоя контуров' с

положительными'внаками,;нечетного

числа -

Со знаком минус.

 

 

 

Д *

- вычисляется аналогичным образом, однако во

всех

суммах учитываютсятолько контуры, не касающиеся данного

к-го прямого пути.

 

 

 

ііри пользовании

формулой. Назона следует помнить:

 

а) прямой путь Рк

- это путь вдоль стрелок, от

истока к

стоку.

- от причины к следствию.Он должен быть

составлен

так, чтобы ни один из.ув'лов графа

не встречался

более

одного

раза. Передача прямого пути - это

произведение

коэффициен­

тов передач ветвей этого же пути.

 

'

 

б) Контур обратной

связи

- это замкнутый путь

вдоль

стре­

лой. Петля обратной

связи

должна

рассматриваться как

частный

случай контура.

 

 

 

 

 

в)"Не касающимися" контурами называют те , что

не имеют

общих узлов.

 

 

 

 

 

В справедливости формулы, ііззона можно убедиться, рас­ смотрев результаты подсчета эквивалентных передач графа, вьшол. :нных о помощью преобразований. Так в первом приме­

ре (граф рис.19)

замечаем, что знаменатель передачи гра­

фа содержит пять

контурных передач.Все они взяты со знаком

минус.Лоехрльку все контуры трэда соприкасаются, в знамена­ теле отсутствуют произведения комбинаций несоприкасающих­

ся контуров.

 

 

 

 

 

 

 

 

В числит***

имеем три слагаемых,

что

соответствует числу

прямых передач от источника к узлу

Чі

.

Пути с передачами

же

t

ив#|соприкасаются со всеми контурами

графа ,

поэто­

му ах алгебраические дополнения равны

I .

и'рямоа. путь

с

передаче*

а

не касается

контура

с передаче»

СК . Его ал-

гебрзвчеекве

доп»и*аже

( (-ett

)

получено

из

общего

е-вредеяателя

исключением

всех контуров, касающихся

данного

- -ioi -

пути.

Во втором рассмотренном примере (рис.25а) граф содер­ жит 6 контуров, два из которых несоприкасающиеся, в соответсвтвии с этим, в знаменателе найденной передачи имеем со знаком минус б контурных передач и одно произведение двух

передач несоприкасающихся контуров со знаком плюс. От источ­

ника к стоку

( U* . ) в графе 4 прямых пути. Все они касают­

ся контуров,

обуславливая равенство алгебраических дополнвг-

ііи.і единице.

Рассмотренные примеры подтверждают,таким обр.зом,воз­ можность непосредственного решения графа оеэ- каких-либо аналитических и графических преобразований. Весь расчет электрической цепи сводится, при этом к построению графа и написанию искомого результата.Однако для сложных схем, граф которых содержит большое число контуров и прямых путей, непос­ редственное использование ^орыулы Мэзона становится, затруд­ нительным. В этом случае бывает целесообразным частичное упрощение графа с помощью эквивалентных преобразований: или

.использование специальных приемов, упрощающих структуру

графа.Основные из

них -

«нверсия пути

или контура, удаление,

и расщепление узла

будут, рассмотрены

подробно,

а) инверсия пути

 

 

 

Данная операция состоит в изменении направлвивя пути от

истока к стоку с целью уменьшать

число петель и контуров

обратной связи.Изменение

пути, как

известно, соответствует

изменению выбора зависимых Переменных

в системе уравнений.

Последнее равносильно решению системы уравнении относитель­ но новых зависимых переменных.Рассмотрим изменение структу­ ры графа при инверсии пути на примере графа рис.26.

Указанный граф. соответствует уравнениям

£i

= CLXt

+C3NL + d * »

oct*

Ь эс*

*•е х -*

Xt

ш 4-ОЕ»

 

где ос» - независимое переменное.

Изменение направления пути, например ас<Л| , на обратное

-103

приведет вышезаписанную систему уравнений, к виду:

 

і

с

d _

Xt - і : ос* -

sr ос і -

^хь

Xi.

= TXt -

-f-хз

 

Xi

=х*

 

 

Последней удовлетворяет граф рис.266. Сравнивая исходный граф с инвертированным, замечаем, что в структуре инвер­ тированного графа нет контуров и нетель обратной, связи м,^ следовательно, его определитель проще, чем исходного графа.

Передача инвертированного графа

б'"

ъ&

обратив пере­

даче

исходного графа, поэтому

при решении графа с

Использова­

нием инверсии находится, величина,

обратная, искомой.

 

 

Сравнение графов позволяет

сформулировать

правила

перехода от исходного графа к

инвертированному.Суть

его в/

следующем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aj Изменяются, направления! ветвей,

образующих п у п ,

под­

лежащий! инвертированию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о)Изменяются

передачи

инвертированных '

ветве'і

м

об­

ратные величины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

Поскольку

каждая входная

вершим,

инвертируема вет­

вей становится

выходной,

то

к ним подсоединяются.

Концы

ветвей, подходящие к выходным вершинам

атмх ветие*.

в

исходном графе.передачи

переносимых

ветвей, делится аа

м в е -

дачу

инвертируемой, ветви

и

берутся

со

знаком минус.

 

 

Воспользовавшись правилом инверсии

нути,оиредевши ве ­

редачу графа j представленного на рве. 25в

.йивертировцмиі

гра* показан на рвс.^7.

Ь отличие

от всхадяого в ї м

толь­

ко один контур.Поэтому его

ояределитежь

 

 

 

 

От истока к стоку t инвертирован»* графе сем» вумя:

 

 

-104 -

 

 

Рч~

с

а&+Р ,

P i "

at с

oF^p ,

Pfe = " 3 " ' с

аЗ+Р ,

Pr ~ ~<t аВ+Р

Первый путь не соприкасается, с имеющимся контуром, поэтому его минор

, е.

Передача инвертированного графа

i-tai-hc-lhd -%ktl&-Hike - asked toWgA.

Нетрудно видеть, что полученный результат - величина, обрат­ ная передаче исходного графа (см. пример 2 . ) .

используя правило удлинении узлов можно показать, что инверсия пути возможна и с сохранением структуры графа.Для этог.. нужно:

а)удликить узлы с петлями обратной связи б) изменить направления, ветвей инвертируемого пути и заме­ нить -их передачи на обратные величины.

в) не перенося концы ветвей, касающихся инвертированного пути, заменить их передачи на отрицательные.

На примере рис.26 (Б,В) яегко убедиться в том, что передача инвертированного графа с переносом ветвей и с сохранением структуры не изменилась (одинаковая).Вышепри­ веденные правила v гут быть использоьапи и для инверсии

контура, что

также

приводит

к уменьшению оощого числи кон­

туров

графа.

В ряде

случаев

инверсия целесообразна при ре­

шении

графа, с

помощью эквивалентных преобраэоьании..

 

б)Удадение и расщепление узда

 

 

 

Пусть в некоторой графе

с п.

вершинами

в контурО»

и петель связаны с вершиной

S

 

.Его

определитель можно

записать таким образом:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д = Д -

Г

А* .

 

 

 

 

Здесь

&

-

определитель

графа без

учета контуров, связан­

ных с

вершиной

S

.

L*

 

- передача

М -контура вершины

Ля

-

определитель

части

графа,

не соприкасавшийся, с

контурами

і

к

(минор контура).

 

 

 

 

подобная форма записи определителя позволяет упростить

его' подсчеты,

поскольку

рассматриваются

две

части

графа в

отдельности.Так,

на примере рис.25,

рассматривая

часть гра­

фа без

уела

Не

имеем

:

д' =

4- 1т. -

«ееК . ,

 

а при подсчете передач контуров связанных с узлами исоот ­ ветствующих им определителей

"SULIIAH = Sc£*d^h.(4-i^)*cdkus*ektf.fs .

Совмещая, оба результата

получаем уже известное выражение

общего определителя.

 

 

Подсчеты определителя, упрощаются, я в том случае, ког­

да увел не удаляется. ,

а расцепляется, на два

уала. Расцепле­

ние производится! по правилу удлинения, уала с

той разницей,

что исходный и дополнительный узлы между собой не соединяют­

ся. При расцеплении узда

все входящие в увел ветви отвосятса

в дополнительному узлу, а все

отходящие - к исходному, что

а приводит к разрушению контуров.

 

Если в графе рис.25

узел

li e

расщепить, как показано

на рис.28, то его определитель

упростится, до величины:

 

д ' = <-£пг -

еки£.

 

 

Устраненные расщеплением

узда

контуры, и соответствующие

им миноры -

определители

частей графа не соприкасающиеся

с указанными контурами -

дают

величину:

TZLHAH

=

fes+dq,h.l4-M+cdti/»s+ek(L{s.

Нетрудно видеть,что два результата совпадают с полученными ранее.

- 106 -

Резу.»«ат ее иаменится,а подсчет определителя, упростится и в то» случае,когда в одну из ветвей графа вводится дополни­ тельный узел с последующий расщеплением.В этом случае рас­ щепление узла эквивалентно разрыву выбранной ветви,что так­ же приводит к устранению контуров.

Литература.

1 . Абрахаме Дж.,Каверли Дж.,Анализ электрических цепей мето­ дом графов,изд-во "мир",1961.

2. Бессонов Л.А."Основы теории графов,ВЗЭИ,1964.

3. Бессонов Л. А.Линейные-электрические цепи„Высшая школа, 196)

4.йонкин П.А.,Соколов А.А. и др.,Основы инженерной электро­ физики ,4 . 11, . Высшая школа, 1972.

5.

НЭ30Н С.,Циммерман Г.Электронные

цепи,,сигналы и системы

JI.I.»A"963.

 

6.

Иатханов П.Н.Линейные цепи,Высшая

школа,17/2.

7. Сягорский Б. Л., матрицы и графы в

электротехнике,Энергия,

 

И.,1968.

 

- IU7 -

ІУ глава.

ГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНЕЧНЫХ ОПЕРАТОРОВ.

Расчет переходных процессов в нелинейных цепях пред­ ставляет задачу составления, и интегрирования, одного млн нескольких нелинейных дифференциальных уравнений, состояния цепи.

Большая группа методов интегрирования этих уравнений, основана на линеаризация характеристик нелинейных элемен­ тов в малом или в ограниченной области ( разное» іе ме­ тоды - численные и графгмеские, кусочно-аналитические ме­ тоды).

Рассмотренный ниже графический метод конечных опера­ торов целесообразно применять для анализа переходных про­ цессов в нелинейных цепях первого и второго порядка, осо­ бенно, если характеристики нелинейных-элементов заданы графически в требуется, получить ответ также в виде графика.

Графический, метод конечных операторов"является гра­ фическим вариантом численного метода последовательных ин­ тервалов, (времени).

Кане к числеаном,так к графическом варианте вначале за­ писывается дифференциальное уравнение или система дифферевциадввнх уравнений для послекоимутационной схемы ( t £.+0 )

в такой форме, чтобы обе переменные нелинейной характеристйЧ ки входили в уравнения непосредственно: при нелинейное ин-

дуктивности - dLV/oLl,

(><. ,

при нелинейной емкости - >

dLq/dt , tic

, при нелинейном

соаротнвлении-Ц.і;і»?і

От интегралов избавляется дифференцированием уравнений. Затеи дифференциалы заменяют приращениями и получают

расчетное выражение для приращения вида

 

в котором приращение ва данном интервале времени ьк

од­

ной из

величин, связанных нелинейной, зависимостью, оярвде-

лиется

значением другой величина, в винце предыдущего

**-

Тсфьала.Найденное приращение прибавляется к предыдущему значению. Полученное используется д м нахождение прлрьщенв» ва следующем интервале и т . д .

-108 -

-При отыскании приращения ды**' умножение переменного '

сомвожителя

S(x*)

на постоянный множитель лСлЬ)

-

опе­

ратор -

можно осуществить

построением прямоугольного

тре­

угольника с

острым углом

Л. • a/tciqa.(bt)

и с прилежащим

к нему катетом

, тогда

противолежащий катет

будет вы­

ражать

приращение дУк*«

 

 

 

 

 

Прибавление

приращения

Уя + дУ***

осуществляется,

построением

треугольника на расстоянии

от начала по оси У ,

равном

Ум

. Ьозможев также параллельный перенос

отрезков.

Время, переходного процесса представляется в виде суммы

интервалов t « * TZ A t a s M A i

.

 

 

 

Численное значение &t

выбирается

методом условной линеа­

ризации характеристики a t

= (0,1-г 0,5) Тмц либо через

произ­

вольно задаваемое начальное приращение параметра характерис­ тики, например,при нелинейной индуктивности из соотношения:

дУнач. г (0.<-r0.s)CVM-> { о П - O i f t l ) a t .

Пример.I В цепь из последовательно соединенных сопро­

тивления.

I* = Юом и нелинейной индуктивности включается

постоянная э . д . с .

К = Ю0В,рис.4,а. Характеристика индуктив-

ностн при положительных значениях величин выражается форму­

лой L - *0 V *

(а,вб) .

 

Определить ток переходного процесса графическим мегор­

дом ковечных приращений.

 

решение. Строии характеристику индуктивности V(t)

,

рис.16) .Записываем дифференциальное уравнение цепи

для

J |£ ••*.£.

•Заявам дмффефеацяаш приращениями, получаем расчетное

Начальные ток ж потокосцеплевие

нулевые; УГо)гО,«-(0) = 0.

Конечный ток I » - Е«І0Л

.Этому току во характерис­

тике соответствует

потокосцепленке V«" » І &S.

Для выбора & t

зададимся начальный приращением пото-

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ