- •Розрахунок електричних кіл Несинусоїдного періодичного струму
- •Затверджено Методичною радою нтуу “кпі”
- •Розрахунок електричних кіл Несинусоїдного періодичного струму
- •I. Методичні вказівки
- •I. Тригонометрична форма ряду фур’є
- •2. Комплексна форма ряду фур’є
- •3. Спектри
- •4. Перенесення початку відліку
- •5. Графоаналітичний метод розкладання
- •6. Види симетрії.
- •7. Діючі і середні значення періодичних несинусоїдних струмів і напруг
- •8. Потужність у колі періодичного несинусоїдного струму
- •9. Коефіцієнти, що характеризують періодичні несинусоїдні струми і напруги
- •10. Вищі гармоніки в симетричних трифазних колах
- •II. Завдання на розрахунково-графічну роботу
- •Ііі. Приклад розрахунку
- •Список літератури
2. Комплексна форма ряду фур’є
Ряду
можна надати більш компактний вигляд,
якщо умовно ввести негативні частоти
і перейти до підсумовування по n
від
-
до
+
.
Тригонометрична форма ряду може бути перетворена в комплексну:
,
де комплексний коефіцієнт:
(8)
Комплексна
амлітуда:
,
де
,
(9)
при
і стала складова:
.
Приклад 2. Для прикладу 1 використати комплексну форму ряду.
Функцію
подамо у вигляді
,
.
Комплексний
коефіцієнт відповідно (8):
При
;
;
;
.
Використовуючи
співвідношення (9), яке показує зв’язок
між комплексним коефіцієнтом
і комплексною амлітудою
,
одержуємо ряд у формі (5):
Отримали результати прикладу 1.
3. Спектри
Сукупність
гармонійних складових, на які розкладається
функція
,
називається спектром. Спектр періодичної
несинусоїдної функції, згідно (5),
складається з постійної складової і
безлічі гармонічних складових, частоти
яких утворюють дискретний ряд значень
1,
2, 3, ...),
кратних основній частоті коливань
.
Амлітуди гармонічних складових дорівнюють
,
а початкові фази
.
Такий спектр називається дискретним, або лінійним.
Слід
відзначити, що сталу складову можна
розглядати як гармоніку з нульовою
частотою коливання і амлітудою
.
Щоб отримати наочне уявлення про спектр,
доцільно скористуватися графіками -
спектральними діаграмами. Розрізняють
два типи діаграм: амплітудні
і
фазові.
При побудові їх по осі абсцис відкладають
частоти гармонічних коливань; а по осі
ординат – значення амлітуд
або відповідно, початкових фаз n.
При
побудові спектральних діаграм для
позитивних і негативних частот по осі
ординат відкладається
.
4. Перенесення початку відліку
При
перенесенні (зсуві) початку відліку
вздовж осі часу на
амлітуда
гармоніки (5) не змінюється, а аргумент
одержує приріст
,
відповідно
,
залежать від вибору початку відліку.
Розкладання в ряд Фур’є для нового
початку відліку визначається виразами:
(10)
де
,
–
абсциси в новій системі координат.
5. Графоаналітичний метод розкладання
Періодичні несинусоїдні функції, які зустрічаються в практиці, можуть бути розкладені в ряд наближено з використанням методу числового інтегрування. Графоаналітичне розкладання застосовується у випадках, коли аналітична апроксимація складна.
Скористаємось одним з простих методів наближеного розкладання, який заснований на властивості періодичної несинусоїдної функції:
(11)
(12)
для
1,
2, 3, . . . , де
,
,
.
. . –
номери гармонік.
Для
того, щоб скористатися виразами (11, 12),
потрібно визначити число гармонік, які
необхідно враховувати. На практиці таку
оцінку провести не важко, хоча вона є
процесом послідовних наближень. Крім
того, якщо взяти занадто мале число
гармонік, то коефіцієнти при вищих
гармоніках виявляться сумірними з
максимальним значенням
.
В такому випадку потрібно збільшити
число гармонік і почати обчислення
спочатку.
Приклад 3. Розкладемо в ряд Фур’є криву напруги (рис.2) графоаналітичним способом.
Обмежимося
у першому наближенні шістьма гармоніками.
Запишемо (11), (12) для
.
;
.
Коефіцієнти
з номерами більше шести
,
,
,
,
і т. д. приймаємо рівними нулю.
Рис.2
Амлітуду
і фазу п’ятої
гармоніки обчислюють за формулами
:
В;
.
Розрахунок інших гармонік зведемо в табл. 1
Таблиця 1
Знак a, b |
+ |
- |
+ |
- |
+ |
- |
+ |
- |
+ |
- |
+ |
- |
|
Коефіц. |
12a6 |
0 |
80 |
89 |
85 |
94 |
100 |
89 |
59 |
29 |
0 |
-26 |
-28 |
-20 |
-1,7 |
8a4 |
0 |
89 |
85 |
99 |
90 |
44 |
0 |
-30 |
|
|
|
|
-27 |
-3,4 |
6a3 |
0 |
90 |
95 |
89 |
30 |
-27 |
|
|
|
|
|
|
-27 |
-4,5 |
4(a2+a6) |
0 |
85 |
90 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
2,97 |
2(a1+a3+a5) |
0 |
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-90 |
-38 |
12b6 |
48 |
89 |
87 |
88 |
99 |
97 |
75 |
49 |
15 |
-15 |
-30 |
-17 |
10 |
0,83 |
8b4 |
68 |
88 |
91 |
99 |
67 |
22 |
-21 |
-24 |
|
|
|
|
2,5 |
2,5 |
6b3 |
80 |
85 |
100 |
58 |
0 |
-28 |
|
|
|
|
|
|
65 |
10,8 |
4(b2-b6) |
89 |
99 |
45 |
-30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
65 |
17,1 |
2(b1-b3+b5) |
85 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
85 |
52,5 |
Амплітуди і початкові фази гармонік:
В;
В;
В;
В;
В.
Постійну складову знайдемо з виразу:
В.
