Расчет переходного процесса классическим методом




1. Построение математической модели электрической цепи.

Для послекоммутационной цепи составляем по законам Кирхгофа систему дифференциальных уравнений, дополненную уравнениями связи:

, , .

Для рассматриваемой цепи с двумя узлами и тремя ветвями она содержит три уравнения по законам Кирхгофа и одно уравнение связи:

    (1)

2. Составление дифференциального уравнения цепи.

Систему (1) путем последовательного исключения переменных сводим к дифференциальному уравнению второго порядка относительно .

Из третьего и первого уравнений системы (1)

(2)
(3)

Дифференцируя (3) и подставляя результат во второе уравнение (1), получим

(4)

Согласно классическому методу расчета, решение дифференциального уравнения (4) ищем в виде двух составляющих – принужденной и свободной:

(5)

3. Определение начальных условий.

3.1. Независимые начальные условия, т.е. ток в катушке индуктивности и напряжение на конденсаторе , определяем расчетом установившегося процесса в докоммутационной цепи (ветвь 1 разомкнута):

(6)

3.2. Зависимые начальные условия, т.е. значения остальных токов и напряжений (1) при подстановке в нее независимых начальных условий:

(7)

Решение (7) дает:

Значения производных и на момент необходимы для последующего определения постоянных интегрирования.

4. Определение принужденной составляющей.

В случае подключения цепи к источнику постоянной ЭДС принужденный режим совпадает с установившемся режимом (при ).

Для послекоммутационной цепи после окончания переходного процесса

(8)

Такой же результат получается из уравнения (4), если учесть, что при постоянной ЭДС

4 Определение свободной составляющей.

Свободная составляющая является решением однородного дифференциального уравнения, которое для рассматриваемого примера имеет вид

(9)

Запись свободной составляющей определяется видом корней характеристического уравнения: при вещественных корнях

(10)

при комплексно-сопряженных

(11)

где - корни характеристического уравнения; - постоянные интегрирования.

4.1. Определение корней характеристического уравнения.

Характеристическое уравнение, соответствующее дифференциальному уравнению (4), имеет вид

(12)

При его корни будут вещественными отрицательными:

(13)

а переходный процесс – апериодический.

При корни уравнения комплексно-сопряженные с отрицательной вещественной частью:

(14)

а переходный процесс – колебательный. В последнем случае называют коэффициентом затухания, а - частотой свободных колебаний.

Для нашей цепи, согласно уравнению (4),

Корни характеристического уравнения

(15)

вещественные отрицательные, переходный процесс апериодический.

 

 

4.2. Определение постоянных интегрирования.

Для определение постоянных интегрирования используем начальные условия: значение искомой переменной и ее производной в момент времени , полученные в п. 3.

Общее решение для напряжения

(16)

а для его производной:

(17)

Уравнения (16) и (17) для момента времени образуют систему для определения постоянных интегрирования

(18)

Для рассматриваемого примера система уравнений (18) имеет вид

 

Решение уравнения дает

5. Получение решений для всех физических переменных цепи.

Решение для напряжения на конденсаторе получим подстановкой найденных значений принужденной и свободной составляющей в общее выражение (5):

Правильность решения проверяют на соответствие граничным условиям:

Напряжение и токи на остальных элементах цепи, определяется из исходной системы (1) после подстановки в нее найденного решения.

 

На рис. 2 приведены графики напряжений , , , . Для момента времени проверено выполнение II закона Кирхгофа:

Рис. 2

На рис. 3 приведены графики токов , , . Для момента времени проверено выполнение I закона Кирхгофа:

Рис. 3

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-06-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: