Главная страница
Культура
Искусство
Языки
Языкознание
Вычислительная техника
Информатика
Финансы
Экономика
Биология
Сельское хозяйство
Психология
Ветеринария
Медицина
Юриспруденция
Право
Физика
История
Экология
Промышленность
Энергетика
Этика
Связь
Автоматика
Математика
Электротехника
Философия
Религия
Логика
Химия
Социология
Политология
Геология

10. Общая характеристика методов анализа переходных процессов



Скачать 2.05 Mb.
Название10. Общая характеристика методов анализа переходных процессов
АнкорDoc1.docx
Дата26.05.2017
Размер2.05 Mb.
Формат файлаdocx
Имя файлаDoc1.docx
ТипДокументы
#9842


10. Общая характеристика методов анализа переходных процессов.
В электрических цепях возможны включения и отключения отдельных ветвей, короткие замыкания участков цепи, различного рода переключения. Любые изменения в электрических цепях можно представить в виде переключений или коммутаций. Характер коммутации указывается в схеме с помощью рубильника со стрелкой. По направлению стрелки можно судить, замыкается или размыкается рубильник. При коммутации в цепи возникают переходные процессы, т.е. процессы перехода токов и напряжений от одного установившегося значения к другому.  Методика расчета : расстановка направлений токов и напряжений в цепи; определение значения токов , напряжения непосредственно до коммутации. При расчете переходных процессов используется 3 метода: классический, операторный метод, и метод расчета путем применения интеграл дюамеля.
Существует первый и второй закон коммутации

9. Характер свободного процесса при двух корнях характеристического уравнения.
P1=-a; P2=-b , тогда . При двух действительных опр. Корнях переходный процесс может менять знак хар. Изменения: до перергуляции (с) увеличивается, после С уменьшается. Такой хар. Процесс наз апереадическим с перерегулированием. Характеристическое изменениея свободного процесса при 2х комплексных сопряженных корнях. Пусть корни равны,
Следовательно затухающее периодическое колебание

28.Принцип действия трехфазного трансформатора

Имеет 3 первичных и 3 вторичных обмотки. Существуют 4 схемы подключения обмоток:

Y/Y0 Y0/треуголн. треуголн./Y треуголн/треуголн

Y/Y0 треуголн/треуголн - коэффицент трансформации пропорционален числу витков.

Y0/треуголн. треуголн./Y - соединяют уровни выходного сигнала в корень 3, это дает возможность регулировать вторичное линейное напряжение трансформатора соответствующим изменением способа соединения его обмоток.

Наиболее экономичным ТР является со связной цепью.

При больших мощностях используется ТР на трех отдельных сердечниках, для удобства ремонта и обслуживания.

ТР тока - содержит один виток в первичной обмотке, толстая шина имеющая малое сопротивление - первичная токовая обмотка. Вторичная обмотка работает в режиме короткого замыкания, можно подключить амперметр и токовую обмотку вольтметра.

ТР напряжения - имеет большое число витков на первичной обмотке, работает в режиме холостого хода, подключается вольтметр, частотометр и обмотка напряжения вольтметра. Мало витков на вторичной обмотке.

Автотрансформатор - Тр с регулируемым выходным напряжением, р изменяется от 1 до 2

25. Электрические машины переменного тока. Создание вращающегося магнитного поля

Машины переменного тока делят на асинхронные и синхронные.

Асинхронные машины используются главным образом в качестве двигателей, синхронные в качестве генераторов и двигателей. Синхронные двигатели применяются в тех случаях, когда необходима постоянная частота вращения. Асинхронные двигатели используются для привода машин и механизмов, не требующих строго постоянной частоты вращения.

В электрических машинах выделяется подвижная часть - ротор, и неподвижная - статор. Ротор двигателя вращаясь приводит в действие различные механизмы и транспортные средства. Вращение ротора синхронных и асинхронных двигателей осуществляется под действием вращающегося магнитного поля, образуемого многофазным переменным током, протекающим в обмотках статора.

Если по системе проводников, распределенных в пространстве по окружности, протекают токи, сдвинутые по фазе, то в пространстве образуется вращающееся поле.

Многофазная обмотка в электрических машинах переменного тока должна создавать вращающееся магнитное поле с заданным числом полюсов. В случае трехфазной обмотки это требование выполняется, если ее разместить на цилиндрической поверхности так, чтобы магнитные оси фаз были сдвинуты в пространстве на 120°, и пропустить по фазам токи, сдвинутые во времени па 1/3 периода или на электрический угол 120°.




2. Принужденные и свободные составляющие токов и напряжений.

02 Для электрической цепи представленной на рис можно составить уравнение по второму закону Кирхгофа: подставим значение и получим дифференциальное уравнение

Из курса математики известно, что общий интеграл линейного дифференциального уравнения равен сумме частного решения неоднородного уравнения (решение уравнения с начальными условиями) и общего уравнения решения однородного уравнения (решение уравнения без начальных условий).

Частное решение в нашем случае равно , однородное уравнение получим, если правую часть дифференциального уравнения приравняем к нулю

Решением однородного уравнения является показательная функция

Возьмем

Подставим их в дифференциальное уравнение и проверим сохранение его тождества. 1 - частное решение ДУ. 2 - общее решение ДУ.



Тождество сохранилось, исходное уравнение является решением дифференциального уравнения. Частное решение неоднородного дифференциального уравнения называют принужденной составляющей тока (или напряжения), а полное (общее) решение однородного дифференциального уравнения – свободной составляющей. Принужденная составляющая тока или напряжения изменяется по тому же закону что и принужденная ЭДС. Название свободная составляющая, обозначает то, что ее изменение во времени протекает свободно от вынужденной силы (ЭДС). Из трех токов и напряжений (полного, принужденного и свободного) основное значение имеют полный ток и полное напряжение. Аналогично рассмотрим электрическую цепь, содержащую конденсатор. По второму закону Кирхгофа уравнение примет вид:




1. Основные понятия переходных процессов.

Под переходными процессами понимают процессы перехода от одного режима электрической цепи к другому, чем - либо отличающегося от предыдущего: величиной амплитуды; фазы или частоты действующих в схеме напряжений; значениями параметров схемы вследствие изменения конфигурации цепи.

Переходные процессы в электрических цепях вызываются их, коммутацией. Коммутация — это процесс замыкания или размыкания рубильников, или выключателей.

Различают два типа коммутации, замыкание участка электрической цепи или размыкания.

Физические переходные процессы представляют собой процесс перехода от энергетического состояния докоммутационного режима, к энергетическому состоянию послекоммутационного режима.

Изучение переходных процессов позволяет учесть изменения (выбросы) напряжения и тока в электрической цепи при переходном процессе, и учесть их максимальное значение.

В электронике изучение переходных процессов позволяет учесть искривления (деформацию) формы по амплитуде частоте сигналов, проходящих через фильтры, усилители и другие радиотехнические устройства.

13. Изображение напряжения на индуктивности.

14. Изображение напряжения на конденсаторе.

15. Закон Ома в операторной форме. Внутренние ЭДС.

 13.Напряжение на индуктивности равно http://de.ifmo.ru/--books/electrotech/tp/image369.gif.

Изображение этого напряжения в виде

http://de.ifmo.ru/--books/electrotech/tp/image370.gif

14. изображение падения напряжения на емкости

http://de.ifmo.ru/--books/electrotech/tp/image371.gif

15. Законом Ома в операторной форме

http://de.ifmo.ru/--books/electrotech/tp/image376.gif

В операторную схему входит внутреннее ЭДС совпадает с током индуктивности и противоположно емкости Lp и 1/Ср.

http://www.scask.ru/archive/arch.php?path=../htm/book_b_toe1/files.book&file=b_toe1_209.files/image7.gif

11. Основные понятия классического метода расчета переходных процессов.
Классический метод – расчет в котором решение диф. Ур. Применяют в видео положительного принужденного и свободного состояния. Принужденное состав. Опр. В режиме после коммутации, расчет по закону Кирхгофа. В общем случае при использовании классического метода расчета составляются уравнения электромагнитного состояния цепи по законам Ома и Кирхгофа для мгновенных значений напряжений и токов, связанных между собой на отдельных  элементах цепи.

Принужденная, составляющая тока (напряжения) физически представляет собой составляющую, изменяющуюся с той же частотой, что и действующая в схеме принуждающая ЭДС. Название «свободная» объясняется тем, что эта составляющая есть решение уравнения, свободного от вынуждающей силы (однородного уравнения без правой части).

Первый закон коммутации- ток до коммутации равен току после коммутации. Ток в индуктивности не может изменяться скачком, а напряжение может.

Второй закон коммутации- напряжение до коммутации равно напряжению после коммутации. Напряжение в емкости не может изменяться скачком, а ток может.

12. Определение операторного метода расчета.
Оригинал и изображение. Пример : для упрощения расчетов в математике введено понятие log. Логарифмирование позволяет заменить операцию умножения и деления на + и - , возведение в степень на производную при этом lg2=0,301, где 0,301 – изображение числа 2 , а 2 – оригинал.
Символьный метод расчета:
Известна функция sin I для упрощения расчетов избавляются от функции sin заменой его на комплексное число. Основная задача введение изображения ведет к упрощению расчетов.
Преобразования Лапласа: Лаплас предложил преобразования функции f(t) если она опр. На отрезке от 0 до бесконечности : от f(t) оригинал, переходит в F(p) – изображение. Существует так же изображение постоянной, показателей функции, производной, интеграла.
Операторный метода расчета – основан на прямом преобразование Лапласа. Он позволяет свести операцию диф. К умножению , а интегрирование к делению. Т.е. вместо системы диф. Ур. Получается система алгебраических ур, которые решается, находятся искомая функция изображения, от изображения производится переход к функции t. Для расчета и составления ур. Исп. Метод расчет электрических цепей постоянного тока.




13) Трудности и противоречия классической физики. Тепловое излучение. Свойства теплового излучения и его основные характеристики: энергетическая светимость, спектральная плотность. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина.

Тепловое излучение – электромагнитное излучение, которое совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул. Имеет сплошной спектр, максимум которого зависит от температуры тела. При остывании последний смещается в длинноволновую часть спектра.

Количественной характеристикой теплового излучения служит спектральная плотностьэлектрической светимости (испускательная способность тела) обозначается - это энергия излучения с единицы площади поверхности за единицу времени в единичном интервале частот.

испускательная способность

Энергия, излучаемая с единицы поверхности тела за единицу времени во всем диапазоне частот называется энергетическая светимость.

энергетическая светимость,

Способность тел поглощать падающее излучение, характеризуется поглащательной способностью.

поглощающая способность

энергия, поглощаемая единицей поверхности за единицу времени в интервале частот от до

энергия, падающая на единицу поверхности за единицу времени в интервале частот от

Закон Кирхгофа
Определяет отношение между испускательной и поглащательной способности тел.
отношение испускательной и поглащательной способностей тела не зависят от природы тела и являются универсальной функцией частоты и температуры.
Rν,T/Aν,T=rν,T
rν,Tуниверсальная ф-я Кирхгофа
Aart ν,T = Aart = 1

rν,T = Rart ν,T

Закон Стефана-Больцмана

Энергетическая светимость art пропорциональна 4 степени абсолютной температуры.



постоянная Стефана Больцмана

Закон смещения Вина

Длина волны, соответствующая максимуму испускательной способности art обратно пропорциональна абсолютной температутре.

; постоянная Вина

12) Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсия. Поглощение света. Закон Бугера.

Дисперсия света – явление зависимости показателя преломления света от длины волны.

Аномальная дисперсия - вид дисперсии света, при которой показатель преломления среды уменьшается с увеличением частоты световых колебаний. D>0

Нормальная дисперсия — это

дисперсия вдали от длин волн, при которых происходит поглощение света данным веществом. D<0

Поглощение света – уменьшение амплитуды колебаний при прохождении волны через какую-либо среду.
Зако́н Бугера - физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде.
где I0 - интенсивность входящего пучка, l - толщина слоя вещества, через которое проходит свет, kλ - показатель поглощения.

Показатель поглощения характеризует свойства вещества и зависит от длины волны λ поглощаемого света. Эта зависимость называется спектром поглощения вещества.

11. Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Одним из способов получения поляризованного света является его отражение и преломление на границе раздела двух изотропных диэлектриков. Если направить пучок естественного света на границу раздела двух диэлектриков (например, воздух – стекло), то часть света отражается, а часть, преломляясь, распространяется во второй среде. Располагая анализатор (например, кристалл турмалина) на пути луча, можно исследовать поляризации отраженного и преломленного лучей. Оказалось, что отраженный и преломленный лучи поляризованы частично, причем, в отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения, а в преломленном луче – колебания, параллельные плоскости падения. Степень поляризации зависит от угла падения. При некотором строго определённом для данных сред значении угла падения отраженный от границы раздела свет оказывается полностью линейно – поляризованным. Такой угол падения называется углом Брюстера ( ίБр ) или углом полной поляризации и определяется согласно закону, установленному в 1815г Брюстером:



Зако́н Брю́стера — закон оптики, выражающий связь показателей преломления двух диэлектриков с таким углом падения света, при котором свет, отражённый от границы раздела диэлектриков, будет полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения.

Степенью поляризации (степень выделения световых волн с определенной ориентацией электрического (и магнитного) вектора) называется величина



8. Дифракционная решетка. Расчет дифракционной картины от одномерной решетки. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Дисперсия и разрешающая способность дифракционной решетки.

Дифракционная решетка – система параллельных щелей равной ширины, лежащих в одной плоскости и разделенных равными по ширине непрозрачными промежутками.

d – период диф.реш.

Дифракционная картина от диф.реш формируется в результате наложения двух эффектов:

  1. Интерференция лучей, исходящих от одной щели

  2. Интерференция N-лучей, исходящих N-щелей рабочей области диф.реш.

Дифракционная решетка как спектральный прибор

В состав видимого света входят монохроматические волны с различными значениями длин. В излучении нагретых тел (нить лампы накаливания) длины волн непрерывно заполняют весь диапазон видимого света. Такое излучение называется белым светом. Свет, испускаемый, например, газоразрядными лампами и многими другими источниками, содержит в своем составе отдельные монохроматические составляющие с некоторыми выделенными значениями длин волн. Совокупность монохроматических компонент в излучении называется спектром. Белый свет имеет непрерывный спектр, излучение источников, в которых свет испускается атомами вещества, имеетдискретный спектр. Приборы, с помощью которых исследуются спектры излучения источников, называются спектральными приборами.

Щель S, на которую падает исследуемое излучение, находится в фокальной плоскости линзы Л1. Эта часть прибора называется коллиматором. Выходящий из линзы параллельный пучок света падает на призму P. Вследствие дисперсии свет разных длин волн выходит из призмы под разными углами. В фокальной плоскости линзы Л2располагается экран или фотопластинка, на которой фокусируется излучение. В результате в разных местах экрана возникает изображение входной щели S в свете разных длин волн. У всех прозрачных твердых веществ (стекло, кварц), из которых изготовляются призмы, показатель преломления n в диапазоне видимого света убывает с увеличением длины волны λ, поэтому призма наиболее сильно отклоняет от первоначального направления синие и фиолетовые лучи и наименее – красные. Монотонно убывающая зависимость n (λ) называется нормальной дисперсией.

Первый опыт по разложению белого света в спектр был осуществлен И. Ньютоном (1672 г.).

В спектральных приборах высокого класса вместо призм применяются дифракционные решетки. Решетки представляют собой периодические структуры, выгравированные специальной делительной машиной на поверхности стеклянной или металлической пластинки (рис. 3.10.2). У хороших решеток параллельные друг другу штрихи имеют длину порядка 10 см, а на каждый миллиметр приходится до 2000 штрихов. При этом общая длина решетки достигает 10–15 см. Изготовление таких решеток требует применения самых высоких технологий. На практике применяются также и более грубые решетки с 50 – 100 штрихами на миллиметр, нанесенными на поверхность прозрачной пленки. В качестве дифракционной решетки может быть использован кусочек компакт-диска или даже осколок граммофонной пластинки.

Дисперсия и разрешающая способность дифракционной решетки.

Дисперсия света (разложение света) — это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). 

Разрешающая способность дифракционной решетки определяется общим числом штрихов и порядком спектра. Величина разрешающей способности может составлять сотни тысяч: единиц.

7. Дифракция Фраунгофера. Дифракция на щели.

Дифракция в расходящихся пучках наз. дифракцией Френели. Дифракция в параллельных лучах наз. дифракцией Фраунгофера.

При прохождении света через узкую щель за нею получаются дифракционные полосы. Кроме того, происходит интерференция отдельных лучей. В зависимости от наклона лучей к оси симметрии системы получаются неодинаковые разности хода — чередование светлых и темных полос.

Каждому колебанию приходящему в точку М можно сопоставить вращающейся вектор. Выявим условия max и min используя метод векторных диаграмм. Разобьем ширину щели на n частей и каждому колебанию от участков сопоставим вектор

6. Дифракция – огибание волнами краев протяженности.

c:\users\таушканов\pictures\длы бил\1.jpg

Дифракция объясняется принципом Гюйгенса-Френеля. Каждая точка фронта волны является вторичным источником. Интерференция от вторичных источников дает дифракционную картину на экране.

Дифракция Френеля  дифракционная картина, которая наблюдается на небольшом расстоянии от препятствия, по условиям, когда основной вклад в интерференционную картину дают границы экрана.

c:\users\таушканов\pictures\длы бил\685px-diffraction_geometry.svg.png

Зоны Френеля.

Френели предложил разбить фронт волны на зоны, т.о. чтобы каждая следующая зона была отдалена от предыдущей на лямбда/2 дальше от точки Р. Обозначим амплитуды колебаний от первой, второй и т.д. зон

Амплитуда монотонно убывает по мере увеличения номера зоны




  1. Законы геометрической оптики. Явление полного отражения.
    Оптика
    -раздел физ. Кот изучает природу света, свет. явл. и взаимодействие света с веществом. Оптика делится на : геометрическую, волновую, квантовую.

Законы : 1.Закон прямолинейного распространения света: свет в оптической однородной среде распространяется прямолинейно. 2. Закон независимости свето. Пучков: эффект производимый одним пучком не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены. 3.Закон отражения: луч падающий, луч отраженный и перпендикулярный восстановленный к границу падения, лежат в оной Плоскости. 4. Закон преломления : луч падающий, луч преломленный и перпендикулярный восстановленный к границе падения лежат в одной плоскости.
Линзы- прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферической поверхностью1. Двояковогнутый 2. Плоско-выгнутые 3. Вогнуто-выпуклая 4.Двояковыгнутая 5.Плосковыгнутая 6. Выпукло-вогнутая.

2. Сложение световых волн. Интерференция. Оптическая разность хода. Условия максимума и минимума интерференционной картины.

Интерференция-это явл. сложение в пространстве двух или нескольких поперечных волн при кот. В разных его точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующих волн. Волны наз. когерентными, если 1) 2) Разность фаз м/у колебаниями происходящие в каждую точку пространства const



3. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Когерентность. Пространственная и временная когерентность.

c:\users\raider\desktop\lens_types.png2 источника света перекрывающиеся в поле интерференции P. Они складываются в фазе(в этих местах max интенсивности эл.-маг. Поля)если в поле интереференции поместить непрозрачный экран, то будет наблюдаться интерференционная картинка.
Когерентность волны означает, что в различных пространственных точках волны осцилляции происходят синхронно, то есть разность фаз между двумя точками не зависит от времени. Отсутствие когерентности, следовательно — ситуация, когда разность фаз между двумя точками не постоянна, а меняется со временем.Пространственная когерентность – хар. Разбросом направлений волнового вектора K. Она зависит от условий излучения и формирования световых волн. Представим что источники волн с одинаковыми началами фаз и длиной волны расположены на отрезке длины d, на кот. Наблюдается интерференция. Наблюдаемая картина может быть представлена как наложение интерференционных картин, создаваемых бесконечным множеством пар точечных источников.
Временная когерентность волны характеризует сохранение взаимной когерентности при временном отставании одного из таких лучей по отношению к другому. Временной аспект когерентности имеет исключительно важное значение при рассмотрении явл. 1)монохроматические волны с одинаковыми частотами не сущ. Из за статического аспекта. 2) монохроматические волны представляет собой бесконечный пространственно-временной процесс.

  1. 5. Интерференция на тонких пленках. Полосы равного наклона. Полосы равной толщины. «Просветление» оптики.

Пусть монохроматическая волна падает на тонкую пpозpачную пленку, от которой она дважды отражается : часть от верхней поверхности пленки, часть - от нижней ее поверхности (а часть проходит через пленку). Эти две отваженные волны (а и b)когерентны и, накладываясь друг на друга, интеpфеpиpуют. c:\users\raider\desktop\image54.gif

Плоского равного наклона:
Пленка имеет постоянную толщину, но на нее падает pасходящийся пучок света. Разность хода интеpфеpиpующих волн будет зависеть от угла падения лучей. Полосы максимумов и минимумов интеpфеpенции следуют тепеpь за постоянными углами падения. Чтобы их наблюдать необходимо собиpать лучи, отpаженные под одним и тем же углом, т. е. собиpать паpаллельные лучи. Поэтому глаз для наблюдения полос pавного наклона нужно сфокусиpовать на бесконечность. Говоpят, что полосы pавного наклона наблюдаются в бесконечностиc:\users\raider\desktop\image54.gif.
Полосы равной толщины: пример на клине: в различных местах клина имеет различную разность хода отраженных лучей. Оптическая разность хода опр:
Просветле́ние о́птики — это нанесение на поверхность линз, граничащих с воздухом, тончайшей плёнки или нескольких плёнок одна поверх другой. Это необходимо для увеличения светопропускания оптической системы.
написать администратору сайта