Описание схемы
Предметом курсовой работы является исследование электрической цепи, структурная и функциональная схемы которой показаны на рис. 1 и 2 соответственно.
Роль первичной обмотки линейного трансформатора (ТР) выполняет индуктивность L1, входящая в состав источника. Линейный (воздушный) трансформатор имеет две вторичные обмотки L8 и L9.
Напряжение u1 вторичной обмотки L8 ТР подается на вход повторителя, собранного на операционном усилителе (ОУ) DA1. Ориентировочные параметры такого усилителя следующие: Rвх 0,5 мОм, Rвых 100 Ом, m0 5×104, fв=20 мГц , где m0 — коэффициент усиления по напряжению, а fв — верхняя рабочая частота.
Буду считать, что входная проводимость и выходное сопротивление ОУ равны нулю, а коэффициент усиления имеет бесконечно большое значение. Выходное напряжение повторителя u3 = u1, мощность входного сигнала равна нулю, а мощность выходного может принимать любое значение в зависимости от нагрузки — это не противоречит закону сохранения энергии, так как она обеспечивается источником питающего напряжения ОУ.
Напряжение u2 со вторичной обмотки L9 ТР подается на инвертирующий вход компаратора — порогового элемента, преобразующего гармоническое (синусоидальное) колебание в разнополярные импульсы прямоугольной формы: U4 = 10 В при u2 £ 0, U4 = –10 В при u2 > 0. Компаратор собран на ОУ DA2 с разомкнутой отрицательной обратной связью (ООС). В цепи без ООС коэффициент усиления ОУ оказывается чрезвычайно большим и синусоидальный сигнал преобразуется в прямоугольный. Следует обратить внимание, что напряжения u1 и u2 находятся в противофазе, а напряжению u3 ³ 0 соответствует U4 = 10 В.
Токи во вторичных обмотках трансформатора ТР для идеальных ОУ (Rвх ) равны нулю, поэтому нагрузка трансформатора никакого влияния на активный двухполюсник не оказывает.
Переключатель Кл позволяет подключить заданную схему четырехполюсника либо к выходу повторителя, либо к выходу компаратора. Переключение из одного положения в другое происходит мгновенно. В исходном (начальном) состоянии переключатель Кл находится в положении 1 (см. рис. 2). Изменение положения переключателя вызывает в схеме четырехполюсника изменение режима работы и возникновение переходного процесса.
1,200 руб.
Задание на выполнение курсовой работы
1. Расчет источника гармонических колебаний (ИГК)
1.1. Представить исходную схему ИГК относительно первичной обмотки трансформатора эквивалентным источником напряжения. Определить его параметры (ЭДС и внутреннее сопротивление) и значение тока в первичной обмотке трансформатора. В качестве первичной обмотки трансформатора выбрать индуктивность в любой ветви, кроме ветви с идеальным источником тока.
1.2. Записать мгновенные значения тока и напряжения в первичной обмотке трансформатора Т1 и построить их волновые диаграммы.
1.3. Определить значения Mnq, Mnp, Lq, Lp ТР из условия, что индуктивность первичной обмотки Ln известна, U1 = 5 B, U2 = 10 B. Коэффициент магнитной связи обмоток k следует выбрать самостоятельно в диапазоне: 0,5 < k < 0,95 (n, p, q, - номера индуктивностей Т1). Записать мгновенные значения u1(t) и u2(t).
2. Расчет установившихся значений напряжений и токов в четырехполюснике при синусоидальном входном воздействии
2.1. Рассчитать токи и напряжения в схеме четырехполюсника методом входного сопротивления (или входной проводимости).
2.2. Записать мгновенные значения u1=u3=uвх , iвх и uвых , определить сдвиг по фазе между входным и выходным напряжениями, а также отношение их действующих значений.
2.3. Определить передаточные функции: W(s)= Uвых(s)/ Uвх(s), W(j) = Uвых/Uвх
2.4. Определить и построить амплитудно- и фазочастотную характеристики. АЧХ и ФЧХ посторить в диапозоне частот от 0 до 5000 1/с. Используя частотные характеристики, определить uвых при заданном uвх. Сравнить этот результат с результатом, полученным в п. 2.2.
2.5. Построить годограф – линию семейства точек комплексной передаточной функции при разных частотах в диапазоне частот от 0 до на комплексной плоскости. Указать на годографе точки, соответствующие частотам 0, 1000 1/с., .
3. Расчет резонансных режимов в электрической цепи
3.1. Включить в схему четырехполюсника реактивное сопротивление (индуктивность или емкость) таким образом, что uвх и iвх совпадали по фазе (режим резонанса напряжений). Определить значение параметра реактивного элемента, а также входное сопротивление, входной ток, добротность и ширину пропускания резонансного контура.
4. Расчет переходных процессов классическим методом
4.1. Определить и построить переходную и импульсную характеристики четырехполюсника для входного тока и выходного напряжения. Показать связь переходной и импульсной характеристик для выходного напряжения с передаточной функцией.
4.2. Переключатель Кл перевести в положение 2 (см. рис.2) в момент времени, когда входное напряжение u3(t)=0, du3/dt > 0, т.е. в момент начала положительного импульса напряжения u4(t). Это условие будет выполнено при равенстве аргумента входного напряжения (t + u3) = 2 k, где k = 0, 1, 2, 3.
Рассчитать и построить графики изменения тока iвх и напряжения uвых четырёхполюсника при подключении его к клеммам с напряжением u4(t) в момент времени t = (2k - u3)/ с учетом запаса энергии в элементах схемы от предыдущего режима работы (п.2.2):
а) на интервале t [0+, T ], где T - период изменения напряжения u4,
б) с использованием ЭВМ на интервале, t [0+, nT ], где n – количество периодов, при котором наступает квазиустановившийся режим.
5. Расчет установившихся значений напряжений и токов в четырехполюснике при несинусоидальном входном воздействии
5.1. Рассчитать законы изменения тока iвх(t) и напряжения uвых(t) частотным методом, представив напряжение uвх(t) = u4(t) в виде ряда Фурье до 5-й гармоники:
uвх(t) = (4 U m / k) sin kt, где k – целое нечетное число.
5.2. Построить графики uвх(t) = u4(t), uвх(t), iвх(t), uвых(t) в одном масштабе времени один под другим, где uвх(t), iвх(t),и uвых(t) - суммарные мгновенные значения.
5.3. Определить действующие значения uвх(t), iвх(t),uвых(t), а также активную мощность, потребляемую четырехполюсником, коэффициенты искажения iвх(t), uвых(t).
5.4. Заменить несинусоидальные кривые uвх(t), iвх(t) эквивалентными синусоидами и построить их графики.
6. Оформление расчетно-пояснительной записки
Расчетно-пояснительная записка должна содержать:
1.Техническое задание.
2.Содержательную часть, включающую расчетную часть, текстовое пояснение и рисунки схем и графиков. Рисунки должны быть пронумерованы и следовать в тексте сразу после ссылки на них.
3.Выводы.
1,200 руб.
6. Выводы.
Целью данной курсовой работы было закрепить ранее полученные знания по курсу электротехники. Это работа мой первый курсовой проект. Важно уметь рассчитывать свое время при работе над курсовым проектом и работать, в большей степени, самостоятельно.
В данном курсовом проекте были закреплены все темы.
Сначала мною была рассчитана схема. Причем, так как надо было найти только ток в одной из катушек, был использован метод эквивалентного генератора. Далее этот ток был использован для нахождения тока и напряжения в первичной обмотке трансформатора. При помощи выбранных самостоятельно коэффициентов магнитной связи обмоток(k), были записаны их напряжения.
Таким образом, было найдено входное напряжение на четырехполюснике. При помощи него я произвел расчет четырехполюсника и нашел передаточную функцию, которая зависит только от структуры схемы. Т.е. можно построить график зависимости передаточной функции от циклической частоты и графически проверить расчет. Что и было выполнено, результаты получились одинаковые.
Также был рассчитан резонансный режим четырехполюсника, в котором ток возрастает из-за уменьшения напряжения. Резонанс достигается при равенстве нулю реактивного сопротивления(также при этом совпадают по фазе ток и напряжение). Для выполнения этого условия, мною был включен конденсатор определенной рассчитанной емкости.
Также были найдены переходные и импульсные характеристики и показана связь переходной характеристики с передаточной функцией пи помощи обратного преобразования Лапласа. Я проверил, что токи и напряжения в четырехполюснике ведут себя подобно их переходным характеристикам.
В конце работы я рассчитал токи и напряжения четырехполюсника при несинусоидальном входном воздействии при помощи разложения в ряд Фурье. Я сделал вывод, что этот метод расчета менее точен, чем предыдущий(коэффициент искажения). Также была произведена замена несинусоидальных кривых эквивалентными синусоидами. Действующие значения эквивалентных синусоид тока и напряжения равны действующим значениям несинусоидальных величин.
В ходе курсовой работы я уделял много времени на работу за ЭВМ.
Для построения схем я использовал AutoCad, а для оформления Microsoft Office2007.
Я практически с нуля научился работать в MathCad 14, что без сомнения мне очень пригодится в дальнейшей инженерной деятельности.
1,200 руб.
Список использованной литературы
1. Попов В.П. Основы теории цепей. М.: Высш. шк., 1985. 496 с.
2. Масленникова С.И., Аболымов Ю.В. Анализ электромагнитных процессов в электрических цепях во временной области. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. 40 с.
3. Стрелков Б.В., Масленникова С.И. Методы анализа линейных электрических цепей. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1991. 43 с.
4. Масленникова С.И., Болотнов С.А. Резонансные явления в электрических цепях. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 24 с.
1,200 руб.
