Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи (1996) (1092093), страница 92
Текст из файла (страница 92)
Тот или иной метод целесообразно применять в зависимости от характера цепи, формы ВАХ нелинейного элемента, а также от того, какое нелинейное явление в цепи исследуется. Чем сложнее характер нелинейного явления, тем более сложным и громоздким оказывается метод его анализа. И наоборот, анализ грубых нелинейных явлений производится простыми средствами. ф 15.45. Графический метод расчета при использовании характеРистик нелинейных элементов для мгновенных значений. Этот ме- 493 тод применим, как правило, к цепям, в которых известен закон изменения во время какой-либо одной определяющей работу нели нейного элемента величины, например тока, напряжения, заряда.
Последовательность расчета данным методом такова: 1) исходя из физических предпосылок, положенных в основу анализа, полагают известным закон изменения во времени одной из определяющих работу нелинейного элемента величины; 2) используя характеристики (характеристику) нелинейного элемента для мгновенных значений, путем графических построений находят закон изменения во времени второй величины, определяющей работу нелинейного элемента; 3) по результатам п.
2 путем вспомогательных графических построений и простейших расчетов определяют выходную величину и искомое соотношение между параметрами схемы. Достоинствами метода являются простота и наглядность, а также легкость учета гистерезисных явлений. Примеры см. в 5 15.8 и 15.24. $15.46.
Аналитический метод расчета при использовании характеристик нелинейных элементов для мгновенных значений при их кусочно-линейной аппроксимации. Основой метода является сведение задачи о нахождении периодического решения нелинейных уравнений к определению периодического решения системы линейных уравнений. Основные этапы метода следующие: 1) замена вольт-амперной (вебер-амперной, кулон-вольтной) характеристики нелинейного элемента для мгновенных значений отрезками прямых линий; 2) подстановка в нелинейные дифференциальные уравнения уравнений прямых п.
1(этим нелинейные дифференциальные уравнения будут сведены к линейным). Каждому нелинейному уравнению будет соответствовать столько линейных уравнений, сколько отрезков прямых заменяют характеристику нелинейного элемента; 3) решение системы линейных дифференциальных уравнений. Каждому линейному участку характеристики нелинейного элемента будет соответствовать свое решение со своими постоянными интегрирования; ( ! 4) определение постоянных интегрирования исходя из согласования решения на одном линейном участке с решением на другом линейном участке Наиболее эффективен этот метод, когда характеристику нелинейного элемента с известной степенью приближения можно заме. нить отрезками прямых, расположенных таким образом, что когда одна величина, определяющая режим работы нелинейного элемента, например ток, меняется, то другая, например потокосцепление, неизменна.
Еще более эффективен метод, если отрезки прямых, заменяю- щие ~3АХ нелинейного элемента, могут быть взяты совпадающими с осями координат. Пример решения задачи для этого случая см. в ~ 15.51'~ — 15.53. ф !547. Аналитический (графический) метод расчета по первым гармоникам токов и напряжений.
В этом методе по сложному закону изменяющиеся токи и напряжения на нелинейном элементе заменяют их первыми гармониками. В расчете используют ВАХ по первым гармоникам в аналитической форме или в ниде графической зависимости. Основные этапы расчета в аналитическом варианте: 1) выражают аналитически ВАХ нелинейного элемента для мгновенных значений; 2) путем подстановки в нее первой гармоники напряжения или тока получают формулу, которая дает нелинейную связь между амплитудой первой гармоники тока через нелинейный элемент и амплитудой первой гармоники напряжения на нем!в качестве примера такой связи можно назвать формулу (15.19)1; 3) в уравнение, составленное для исследуемой цепи по второму закону Кирхгофа, подставляют вместо мгновенных значений тока и напряжения на нелинейном элементе мгновенные значения их первых гармоник, а высшими гармониками пренебрегают; 4) уравнение разбивают на два уравнения: одно из них выражает собой равенство коэффициентов при синусных слагаемых левой и правой частей уравнения, другое — равенство коэффициентов при косинусных слагаемых обеих частей уравнения; 5) совместно решают эти два уравнения.
Основные этапы расчета в графическом варианте: 1) в качестве зависимости между амплитудой первой гармоники напряжения на нелинейном элементе и амплитудой первой гармоники тока через него берется нелинейная зависимость в виде графика. Эта зависимость может быть получена любым путем, в том числе и опытным; 2) произвольно задаются амплитудой 1, первой гармоники тока через нелинейный элемент, из графика находят соответствующую ей амплитуду первой гармоники напряжения на нем и затем путем построения векторной диаграммы по первой гармонике для всей схемы определяют амплитуду У, первой гармоники напряжения на входе схемы.
Построение векторной диаграммы производится так же, как и для обычных линейных цепей синусоидального тока, а именно; если не учитывать потери в сердечнике, то первая гармоника напряжения на нелинейной индуктивной катушке опережает первую гармонику протекающего через нее тока на 90', первая гармоника напряжения на нелинейном конденсаторе отстает от протекающего через него тока на 90', первые гармоники напряжения и тока на нелинейном резисторе по фазе совпадают; 3) путем построения нескольких векторных диаграмм для раз- 495 / личных значений У, находят соответствующие им У, и строячуВАХ всей схемы У, = Д1, ).
Данный метод позволяет рассматривать такие нелине~йые явления, как преобразование постоянного тока в переменный~и обрат ное преобразование, явление резонанса на основной гармонике триггерный эффект на первой гармонике, некоторые типы автомодуляционных процессов. Но он не позволяет исследовать более сложные явления, как, например, резонанс на высших, низших или дробных гармониках и др.
Если пользоваться аналитическим вариантом этого метода, то решение можно получить в общем виде, что существенно, так как становится возможным исследовать решение при изменении любого из параметров цепи. Этот метод будет применен для анализа работы автогенератора (см. ~ 15.54) и для анализа работы разветвленной цепи с нелинейной индуктивной катушкой (см. пример 159). ф 15.48. Анализ нелинейных цепей переменного тока путем использования ВАХ для действующих значений. В этом случае графический расчет проводят путем использования ВАХ нелинейных элементов для действующих значений, полученных расчетным или опытным путем.
При этом полагают, что в действительности несинусоидально изменяющиеся токи и напряжения могут быть заменены эквивалентными им синусоидальными величинами (эквивалентность в смысле действующего значения). Все этапы расчета рассматриваемым методом полностью совпадают с перечисленными в ~ 15.47 этапами графического расчета методом первой гармоники. Отличие между методами состоит только в том, что в данном случае используется ВАХ не для первых гармоник, а для действующих значений. Метод применен в дальнейшем для исследования простейших явлений в феррорезонансных цепях (см.
ф 15.57 — 15.62). Если исследуют нерезонансные электрические цепи или резонансные, но для которых по тем или иным соображениям заранее известно, что в изучаемых режимах работы в них не могут возникать резонансные явления на высших и низших гармониках, то амплитуда первой гармоники тока, как правило, оказывается больше амплитуд высших гармоник тока. При этом действующее значение тока в цепи сравнительно мало отличается от действующего значения первой гармоники тока. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим следующий пример: пусть ток в цепи содержит первую и третью гармоники и действующее значение третьей гармоники тока составляет 40 ~~ от действующего значения первой гармоники (1,=0,41,). Действующее значение несинусоидального тока будет ~Я+1~~= 1,075!„т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
