Материал: Демирчян, Нейман, Коровкин, Чечурин. Теоретические основы электротехники.т.2.2003

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
background image

I p

Z

p

D p

E p

Z

p

D p

E

p

I p

Z

1

22

11

12

22

2

2

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( );

( )

=

+ -

= -

1

11

11

22

11

22

( )

( )

( )

( )

( )

( );

( )

( )

( )

p

D p

E p

Z p

D p

E

p

D p

Z p Z

p

+

=

-

[

( )] .

Z

p

12

2

Ðàññìîòðèì âèä ýòèõ ôóíêöèé, êîãäà

å

1

=

Å

0

=

const è

å

2

=

E

m

sin

w

t.

Ñîîòâåòñò-

âåííî,

E p

E

p

E p

E

p

m

1

0

2

2

2

( )

( )

.

=

=

+

è

w

w

Ïîäñòàâëÿÿ çíà÷åíèÿ

Z

11

(

p

),

Z

22

(

p

),

Z

12

(

p

), à òàêæå

E

11

(

p

) è

E

22

(

p

) äëÿ òîêà

I

1

(

p

), íàïðèìåð, ïîëó÷èì

I p

E G p

pH p

E

G p

p

H p

u

G

m

C

1

0 1

1

2

2

2

1

2

3

0

( )

( )

( )

( )

(

) ( )

( ) (

=

-

+

+

w

w

p

pH p

L i

G p

H p

L i

G p

H p

G

L

L

)

( )

( ) ( )

( )

( ) ( )

( )

(

1

1 1

4

1

3 3

5

1

0

0

+

+

+

=

p

p p

H p

)

(

) ( )

,

2

2

1

+ w

ãäå

H p

a p

a p

a p a

L L p

L r

r

L r

r

1

3

3

2

2

1

0

1 3

3

3

1

2

1

2

3

( )

[ (

)

(

)

=

+

+

+

=

+

+

+

+

]

(

)

;

p

r r

r

r r

L

L

C

p r

r

C

2

1

2

3

2 3

1

3

2

1

3

2

+

+

+

+

+

+

é
ë

ê

ù
û

ú +

+

G p

G p

pZ

p

r

r p

C

L p

G p

G p

1

4

22

2

3

2

3

2

2

3

1

( )

( )

( ) (

)

;

( )

( )

=

=

=

+

+

+

=

=

pZ

p

p r

pL

G p

pZ p

r p

C

12

3

3

5

2

2

2

1

( )

(

);

( )

( )

.

=

+

=

=

+

 ïîëó÷åííîì âûðàæåíèè

I

1

(

p

) ïåðâûå äâà ÷ëåíà îïðåäåëÿþò òîê â ïåðåõîäíîì

ïðîöåññå ïðè âêëþ÷åíèè öåïè ïîä äåéñòâèå ÝÄÑ

e

1

è

e

2

.

Ïîñëåäíèå òðè ÷ëåíà îï-

ðåäåëÿþò òîê ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà, âîçíèêàþùåãî â öåïè çà ñ÷åò íåíóëåâûõ íà-

÷àëüíûõ çíà÷åíèé òîêîâ â êàòóøêàõ

L

1

è

L

3

è íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðå

C

2

.

Åñëè äî ðàçìûêàíèÿ êëþ÷à òîê â êàòóøêå

L

3

îòñóòñòâîâàë, òî

i

3

L

(0)

=

0 è ÷ëåí, ñî-

äåðæàùèé ýòîò òîê, îòñóòñòâóåò. Èç ïîëó÷åííûõ âûðàæåíèé âûòåêàåò òàêæå âîç-

ìîæíîñòü ðàñ÷åòà ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà íàëîæåíèåì ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ, ðàñ-

ñ÷èòàííûõ îòäåëüíî îò êàæäîé ÝÄÑ, íà÷àëüíûõ òîêîâ è íàïðÿæåíèé.

Êàê âèäíî èç äàííîãî ïðèìåðà, îïåðàòîðíîå èçîáðàæåíèå òîêà ïðåäñòàâëÿåò

ñîáîé ðàöèîíàëüíóþ äðîáü, ãäå è ÷èñëèòåëü, è çíàìåíàòåëü ÿâëÿþòñÿ ïîëèíîìà-

ìè îïåðàòîðà

p.

 ñëåäóþùåì ïàðàãðàôå áóäåò ðàññìîòðåí ñïîñîá ïåðåõîäà îò

èçîáðàæåíèÿ ê îðèãèíàëó, â êîòîðîì èñïîëüçóþòñÿ íåêîòîðûå ñâîéñòâà ðàöèî-

íàëüíûõ äðîáåé. Â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ýòè äðîáè ìîæíî ïðèâåñòè ê âèäó, ïðåä-

ñòàâëåííîìó â òàáëèöàõ, â êîòîðûõ äàíû ñîîòâåòñòâóþùèå èì îðèãèíàëû. Îä-

íàêî â ýòèõ òàáëèöàõ (íàïðèìåð,

Äèòêèí Â. À., Êóçíåöîâ Ï. È.

Ñïðàâî÷íèê ïî

îïåðàöèîííîìó èñ÷èñëåíèþ) òàêèå ôîðìóëû ïðèâåäåíû äëÿ ïîëèíîìîâ

H

1

(

p

)

îòíîñèòåëüíî íèçêîãî ïîðÿäêà.

Ãëàâà 10. Ðàñ÷åò ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ îïåðàòîðíûì ìåòîäîì

103

background image

10.5. Ïåðåõîä îò èçîáðàæåíèé ê îðèãèíàëó. Òåîðåìà ðàçëîæåíèÿ

Äëÿ íàõîæäåíèÿ îðèãèíàëà ïðåäñòàâèì èçîáðàæåíèå, ïîëó÷åííîå â âèäå ðàöèî-

íàëüíîé äðîáè, ïðîñòåéøèìè ñëàãàåìûìè, äëÿ êîòîðûõ èçâåñòíû îðèãèíàëû.

Ñ ýòîé öåëüþ âîñïîëüçóåìñÿ òåîðåìîé ðàçëîæåíèÿ. Ïóñòü èìååòñÿ èçîáðàæåíèå

â âèäå

X p

G p

H p

( )

( )

( )

,

=

ãäå

G

(

ð

) è

Í

(

ð

)

ïîëèíîìû îò

ð.

Çäåñü áóäåì ïðåäïîëàãàòü, ÷òî ñòåïåíü

m

ïîëè-

íîìà â ÷èñëèòåëå ìåíüøå ñòåïåíè

ï

ïîëèíîìà â çíàìåíàòåëå (

ò

<

ï

)

.

 äàëüíåé-

øåì, â ãë. 12, ñíèìåì ýòî îãðàíè÷åíèå è óâèäèì, ÷òî ïðè

ò

³

ï

ïîÿâëÿþòñÿ ÝÄÑ,

òîêè è íàïðÿæåíèÿ, èìåþùèå èìïóëüñíûé õàðàêòåð, ò. å. ïðèíèìàþùèå áåñêîíå÷íî

áîëüøèå çíà÷åíèÿ â òå÷åíèå áåñêîíå÷íî ìàëûõ èíòåðâàëîâ âðåìåíè. Íå ðàññìàòðè-

âàÿ çäåñü òàêèõ èìïóëüñíûõ ôóíêöèé, ÿâëÿþùèõñÿ, ïî ñóòè äåëà, ðåçóëüòàòîì

èäåàëèçàöèè ðåàëüíûõ ÝÄÑ, òîêîâ è íàïðÿæåíèé, áóäåì ïîëàãàòü

ò

<

ï.

Ïðåäïîëîæèì, êðîìå òîãî, ÷òî óðàâíåíèå

Í

(

ð

)

=

0 íå èìååò êðàòíûõ êîðíåé,

à òàêæå íå èìååò êîðíåé, ðàâíûõ êîðíÿì óðàâíåíèÿ

G

(

ð

)

=

0. Ïðè óêàçàííûõ

óñëîâèÿõ ðàöèîíàëüíóþ äðîáü ìîæíî ðàçëîæèòü íà ïðîñòåéøèå äðîáè:

G p

H p

A

p p

A

p p

A

p p

A

p p

n

n

k

k

k

n

( )

( )

,

=

-

+

-

+ +

-

=

-

=

å

1

1

2

2

1

K

ãäå

p

1

,

p

2

, ...,

ð

ï

êîðíè

Í

(

ð

)

.

Äëÿ îïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ

A

k

ìîæíî âîñ-

ïîëüçîâàòüñÿ îäíèì èç ìíîãèõ ïðèåìîâ, èçâåñòíûõ èç àëãåáðû. Óìíîæèâ îáå

÷àñòè ðàâåíñòâà íà (

p – p

k

) è ïðèíÿâ

ð

=

ð

k

, ïîëó÷èì ñïðàâà

A

k

, à ñëåâà — íåîïðå-

äåëåííîñòü. Ðàñêðûâàÿ ýòó íåîïðåäåëåííîñòü, íàõîäèì

A

G p p p

H p

G p

p p

H p

G p

H

k

k

p p

k

p p

k

k

k

k

=

-

=

-

=

=

®

( )(

)

( )

( ) lim

( )

( )

'

( )

.

p

k

Òàêèì îáðàçîì,

X p

G p

H p

A

p p

G p

H p p p

k

k

k

k n

k

k

k

k n

( )

( )

( )

( )

( )

=

=

-

=

-

=

=

=

=

å

å

1

1

1

'

k

.

Òàê êàê

A

p p

A e

k

k

k

p t

k

-

Þ

, òî äëÿ èñêîìîé âåëè÷èíû

õ

(

t

) èìååì

x t

G p

H p

e

k

k

k

k n

p t

k

( )

( )

( )

.

=

=

=

å

'

1

Ýòî ðàâåíñòâî è íàçûâàþò ò å î ð å ì î é ð à ç ë î æ å í è ÿ.

 ÷àñòíîì ñëó÷àå, êîãäà îäèí èç êîðíåé ïîëèíîìà

Í

(

ð

), äîïóñòèì

p

1

, ðàâåí

íóëþ, òî

e

p t

k

=

1 è ñîîòâåòñòâóþùèé ÷ëåí â ðàçëîæåíèè îáðàùàåòñÿ â ïîñòîÿí-

íóþ âåëè÷èíó. Âûäåëÿÿ ýòîò ÷ëåí, íàïèøåì

X p

x t

G

H

G p

H p

e

k

k

k

k n

p t

k

( )

( )

( )

( )

( )

( )

.

Þ

=

+

=

=

å

0

0

2

'

'

Ïîëèíîì

Í

(

ð

) ìîæåò èìåòü êîðåíü, ëåæàùèé â íà÷àëå êîîðäèíàò (

p

1

=

0), êî-

ãäà â äàííîé öåïè èìåþòñÿ èñòî÷íèêè ïîñòîÿííîé ÝÄÑ (èëè èñòî÷íèêè ïîñòî-

104

×àñòü 2. Òåîðèÿ ëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé

background image

ÿííîãî òîêà). Âûäåëåííûé ïîñòîÿííûé ÷ëåí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé óñòàíîâèâøèå-

ñÿ òîê èëè íàïðÿæåíèå â öåïè.

Åñëè

Í

(

ð

) èìååò ïàðó ñîïðÿæåííûõ ÷èñòî ìíèìûõ êîðíåé, ëåæàùèõ íà îñè

ìíèìûõ

p

1

=

j

w

,

p

2

=

j

w

, òî ìîæíî çàïèñàòü

X p

x t

G j

H j

e

G j

H

j

e

G p

j t

j t

k

( )

( )

( )

( )

(

)

(

)

( )

Þ

=

+

-

-

+

-

w

w

w

w

w

w

'

'

H p

e

k

k

k n

p t

k

'

( )

.

=

=

å

3

Ïîëèíîì

Í

(

ð

) ìîæåò èìåòü ïàðó ÷èñòî ìíèìûõ ñîïðÿæåííûõ êîðíåé â ñëó-

÷àå, åñëè ðàññìàòðèâàåòñÿ ïåðåõîäíûé ïðîöåññ ïðè íàëè÷èè â öåïè èñòî÷íèêîâ

ñèíóñîèäàëüíûõ ÝÄÑ èëè èñòî÷íèêîâ ñèíóñîèäàëüíûõ òîêîâ. Äâà ïåðâûõ âûäå-

ëåííûõ ÷ëåíà îïðåäåëÿþò ñèíóñîèäàëüíûé òîê èëè íàïðÿæåíèå óñòàíîâèâøåãî-

ñÿ ðåæèìà.

Äëÿ èëëþñòðàöèè ïðèìåíåíèÿ òåîðåìû ðàçëîæåíèÿ ðàññìîòðèì íåêîòîðûå

ïðèìåðû.

 êà÷åñòâå ïåðâîãî ïðèìåðà ðåøèì çàäà÷ó î ðàçðÿäå êîíäåíñàòîðà íà öåïü

(

r

,

L

), ðàññìîòðåííóþ ðàíåå êëàññè÷åñêèì ìåòîäîì (ñì. § 9.8). Ïóñòü íà÷àëüíîå

íàïðÿæåíèå êîíäåíñàòîðà

u

C

(0)

=

U

0

, a íà÷àëüíîå çíà÷åíèå òîêà â êàòóøêå

i

(0)

=

0. Îïåðàòîðíîå âûðàæåíèå òîêà èìååò âèä

I p

U p

Li

p

u

Z p

U p

r pL

pC

U L

p

C

( )

( )

( )

( )

( )

( )

=

+

-

=

-

+

+

=

=

-

0

1

0

1

0

0

2

+

+

=

-
+

+

r

L

p

LC

U L

p

p

1

2

0

2

0

2

( )

,

d

w

òàê êàê

U

(

p

)

=

0. Ñëåäîâàòåëüíî, â äàííîì ñëó÷àå

G

(

ð

)

=

U

0

/

L

è

Í

(

ð

)

=

p

2

+

+ 2

d

p

+ w

0

2

. Êîðíè óðàâíåíèÿ

Í

(

ð

)

=

0 áóäóò

p

1,2

=

- ±

d

d - w

2

0

2

. Òàê êàê

H p

p

G p

H p

U L

p

'

'

( )

,

( )

( )

(

.

=

+

= -

+

2

2

2

0

d

d)

òî

Ïîëüçóÿñü òåîðåìîé ðàçëîæåíèÿ, ïîëó÷àåì

i t

U

L p

e

U

L p

e

U

L

e

p t

p t

( )

(

(

(

=

-

+

+

-

+

=

-

0

1

0

2

0

2

0

2

2

2

2

1

2

d)

d)

d - w

p t

p t

e

1

2

-

).

Ïóñòü êîðíè

p

1

è

p

2

ðàâíû äðóã äðóãó:

p

1

=

p

2

=

d

è

d = w

0

, ò. å. ïîëèíîì

Í

(

ð

)

èìååò êðàòíûå êîðíè. Ïðåäïîëîæèâ ñíà÷àëà, ÷òî

p

1

¹

p

2

, ïîëó÷èì òîëüêî ÷òî

íàéäåííîå ðåøåíèå, îáðàùàþùååñÿ ïðè

p

1

=

p

2

â íåîïðåäåëåííîñòü. Ðàñêðûâàÿ

ýòó íåîïðåäåëåííîñòü ïðè

p

1

®

p

2

, ïîëó÷èì, êàê ýòî áûëî ñäåëàíî â § 9.8, èñêîìîå

ðåøåíèå â âèäå

i

U

L

te

t

= -

-

0

d

.

 áîëåå îáùåì ñëó÷àå, êîãäà îäèí èç êîðíåé, äîïóñòèì

p

1

, ïîëèíîìà

Í

(

ð

) ñòå-

ïåíè

n

èìååò êðàòíîñòü

q

, ðàöèîíàëüíóþ äðîáü ìîæíî ðàçëîæèòü íà ïðîñòåéøèå

â âèäå

Ãëàâà 10. Ðàñ÷åò ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ îïåðàòîðíûì ìåòîäîì

105

background image

G p

H p

G p

p p

H p

A

p p

A

p p

q

q

q

( )

( )

( )

(

)

( )

(

)

(

)

=

-

=

-

+

-

+

-

1

1

11

1

12

1

1

é
ë

ê

+

-

+

+

-

ù
û

ú + - + + - +

- +

K

K

K

K

A

p p

A

p p

A

p p

A

p p

s

q s

q

k

k

1

1

1

1

1

2

2

(

)

K

+

-

A

p p

n

n

,

ãäå

A

s

d

dp

p p G p

H p

A

G

s

s

s

q

p p

k

1

1

1

1

1

1

1

=

-

-

é
ë

ê

ù
û

ú

=

-

-

=

(

) !

(

) ( )

( )

;

( )

( )

( )

(

)

( )

.

p

H p

G p

p

p

H p

k

k

k

k

q

k

=

-

¢

1

1

Îðèãèíàë ôóíêöèè

A

p p

s

q s

1

1

1

(

)

-

- +

èìååò âèä

( )

A

p p

A

q s

t

e

s

q s

s

q s

p t

1

1

1

1

1

(

)

(

) !

.

-

Þ

-

- +

-

Îðèãèíàë æå ôóíêöèè

A

p p

k

k

-

ðàâåí

À

k

e

p t

k

.

Ðåøèì ñ ïîìîùüþ òåîðåìû ðàçëîæåíèÿ çàäà÷ó î âêëþ÷åíèè öåïè (

r

,

L

) ïîä

ñèíóñîèäàëüíîå íàïðÿæåíèå

è

=

U

m

sin (

w

t

+

y

u

) ïðè óñëîâèè

i

(0)

=

0, ðàññìîò-

ðåííóþ ðàíåå êëàññè÷åñêèì ìåòîäîì (ñì. § 9.5). Èçîáðàæåíèå òîêà â öåïè ïîëó-

÷èì, ïðèíèìàÿ âî âíèìàíèå, ÷òî

Z

(

p

)

=

r + pL

, à èçîáðàæåíèå ñèíóñîèäàëüíîé

ôóíêöèè èìååò âèä

u t

j

U e e

U e

e

j

U

p j

U

p

m

j

j t

m

j

j t

m

m

u

u

( )

(

)

&

*

=

-

Þ

-

-

+

-

-

1

2

1

2

y

w

y

w

w

j

U p

w

æ

è

ç

ç

ç

ö

ø

÷

÷

÷

=

( ).

Îïåðàòîðíîå èçîáðàæåíèå òîêà â öåïè îïðåäåëèòñÿ èç âûðàæåíèÿ

I p

U p

Z p

jL

U

p j

p r L

U

p j

p r L

m

m

( )

( )
( )

&

(

(

) (

(

)

*

=

=

-

+

-

+

+

é

1

2

w)

w)

ë

ê

ê

ù

û

ú

ú

.

Ïðèìåíèâ òåîðåìó ðàçëîæåíèÿ, ïîëó÷èì

I p

jL

U

j

r L p j

U

j

r L p r L

U

j

r

m

m

m

( )

&

&

*

=

+

-

+

- -

+

é

ë

ê

ê

-

- +

1

2

1

1

w

w

w

w

L p j

U

j

r L p r L

j

U

r j L

e

U

r

m

m

j t

m

1

1

1

2

+

-

-

-

+

ù

û

ú

ú

Þ

+

é

ë

ê

ê

-

w

w

w

w

*

&

&

+

-

-

+

-

ù

û

ú

ú

-

-

-

j L

e

U

r j L

e

U

r j L

e

r

L

t

m

j t

m

r

L

t

w

w

w

w

*

*

.

106

×àñòü 2. Òåîðèÿ ëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé

background image

Ãðóïïèðóÿ ïåðâûé ÷ëåí ñ òðåòüèì è âòîðîé ñ ÷åòâåðòûì è èìåÿ â âèäó, ÷òî

j =

arctg

w

L

r

, íàõîäèì

i t

U

r

L

t

e

m

u

u

r

L

t

( )

sin(

) sin(

)

.

=

+

+

-

-

-

é

ë

ê

ê

ù

û

ú

ú

-

2

2 2

w

w y j

y j

 êà÷åñòâå ïðèìåðà îïðåäåëåíèÿ ïåðåõîäíîãî òîêà â ðàç-

âåòâëåííîé öåïè ðàññìîòðèì òàêîâîå ïðè âêëþ÷åíèè ïîä

ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå

U

0

öåïè, ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 10.3,

ïðè íóëåâûõ íà÷àëüíûõ óñëîâèÿõ. Îïåðàòîðíîå ñîïðîòèâ-

ëåíèå òàêîé öåïè

Z p

pL

r

pC

r

pC

p rLC pL r

prC

( )

( )

.

=

+

+

=

+

+

+

1

1

1

2

Èçîáðàæåíèå ïðèëîæåííîãî íàïðÿæåíèÿ

U

0

Þ

U

0

/

p.

Èçîáðàæåíèå òîêà ïðåäñòàâèòñÿ â âèäå

I p

U p

Z p

U

prC

p p rLC pL r

U

rLC

prC

p p

( )

( )

(

)

(

)

(

)

=

=

+

+

+

=

+

0

0

2

0

1

1

2

0

2

0

2

1

1

1

2

+

+

æ
è

ç

ö
ø

÷

=

+

+

+

rC

p

LC

U

rLC

prC

p p

p

(

)

(

)

.

d

w

Òàêèì îáðàçîì,

G p

U

rLC

prC

( )

(

);

=

+

0

1

H p

p

p

p H p

p

p

( )

;

( )

;

=

+

+

=

+

+

3

2

0

2

2

0

2

2

3

4

d

w

d

w

'

I p

G p

H p

A

p p

A

p p

A

p p

( )

( )

( )

;

=

=

-

+

-

+

-

1

1

2

2

3

3

p

p

p

1

2

2

0

2

3

2

0

2

0

=

= - +

= - -

;

;

;

d

d - w

d

d - w

A

G

H

U

r

A

G p

H p

U

rLC

p rC

p

1

0

2

2

2

0

2

2

0

0

1

2

=

=

=

=

+

×

( )

( )

;

( )

( )

(

)

(

'

'

p

2

+ d

)

;

A

G p

H p

U

rLC

p rC

p

p

3

3

3

0

3

3

3

1

2

=

=

+

×

+

( )

( )

(

)

(

)

.

'

d

Òîãäà

i t

U

r

U

rLC

p rC

p

e

U

rLC

p rC

p t

( )

(

)

(

)

=

+

+

×

-

-

+

0

0

2

2

2

0

2

0

3

1

2

1

2

d

w

p

e

p t

3

2

0

2

2

3

×

-

d

w

.

Ãëàâà 10. Ðàñ÷åò ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ îïåðàòîðíûì ìåòîäîì

107

Ðèñ. 10.3

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/14319