КАКОВЫ ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК В ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ?

В источниках (генераторах, трансформаторах)

При соединении "звездой":

1. В Э.Д.С. симметрично устроенного генератора отсутствуют четные гармоники, так как кривые, симметричные относительно оси абсцисс, не содержат четных гармоник.

Поэтому .

2. В линейных напряжениях отсутствуют гармоники, кратные трем, так как линейные напряжения равны разностям соответствующих фазных напряжений, третьи гармоники которых совпадают по фазе, а, следовательно, при составлении этой разности вычитаются:

.

3.При наличии гармоник, кратных 3-м, отношение .

При соединении "треугольником":

1. Гармоники кратные трем совпадают по фазе во всех фазных обмотках и их сумма не равна нулю. Эта суммарная Э.Д.С. вызывает в контуре треугольника ток даже при отсутствии нагрузки генератора:

; ; … .

2. Напряжения на зажимах обмотки не содержат гармоник, кратных трем, так как падения напряжения в обмотках от тока, вызванного гармониками Э.Д.С., кратными трем, компенсируют эти Э.Д.С.

При соединении в открытый треугольник показания вольтметра:

.

Т.о., действующие значения напряжения гармоник, кратных трем:

.

Обычно, используя это свойство, стремятся соединить либо обмотку генератора, либо одну из обмоток трансформатора в треугольник с целью погасить гармоники, кратные трем, внутри обмотки и не дать им выхода в остальную цепь.

В линейном напряжении всегда отсутствуют гармоники, кратные трем.

3. В Э.Д.С. симметрично устроенного генератора отсутствуют четные гармоники, так как кривые, симметричные относительно оси абсцисс, не содержат четных гармоник:

.

В нагрузке

При соединении нагрузки "звездой":

1. При отсутствии нейтрального провода нагрузка находится под линейным напряжением, не содержащим гармоники кратные трем. А потому их нет в линейных токах и токах приемника. Соответственно, их нет и в фазных напряжениях приемника (хотя в разных напряжениях источника эти гармоники могут быть).

2. Напряжение смещения U_Nn (нейтральный провод отсутствует) в условиях несимметричной нагрузки может иметь все гармоники.

При симметричной нагрузке U_Nn состоит только из гармоник, кратных трем и может достигать опасных для жизни значений:

.

При синусоидальном напряжении U_Nn=0.

3. При наличии нейтрального провода и несимметричной нагрузке в линейных и нейтральном проводах текут токи всех гармоник.

При симметричной нагрузке в нейтральном проводе будет протекать ток третьей гармоники (а также 6-й, 9-й и т. д.)

.

Т.к. по методу двух узлов:

; ; .

По линейным проводам будет протекать ток третьей (6-й, 9-й) гармоники :

; ; и т. д.;

.

4.2. Спектральный (частотный) метод

4.2.1. Прямое и обратное преобразования Фурье

Формы сигналов, используемых в различных областях техники делятся на:

• периодические сигналы геометрически правильной формы;

• периодические сигналы произвольной формы: задаются графиками, осциллограммами;

• непериодические сигналы произвольной формы.

---

Первые два типа сигналов представляются аналитически или графически в виде ряда Фурье.

Третий тип сигнала представляется в виде интеграла Фурье.

Ряд Фурье – тригонометрический ряд, представляющий собой изображение периодической функции суммой синусоид, амплитуды которых конечны, а аргументы кратны основной частоте.

Интеграл Фурье – тригонометрический ряд, представляющий апериодическую функцию суммой бесконечно большого числа синусоид, амплитуды которых бесконечно малы, а аргументы соседних синусоид отличаются на бесконечно малые значения.

Преобразование

позволяет преобразовать функцию времени в функцию частоты – прямое преобразование Фурье, где – спектр функции (спектральная плотность, спектральная функция, спектральная характеристика).

Интеграл Фурье (обратное преобразование Фурье):

.

Представление функции времени в виде функции частоты в комплексной форме (интеграл Фурье) привело к необходимости формально ввести отрицательную угловую частоту.

Пример-пояснение:

Сумма слагаемых подынтегральной функции интеграла Фурье при дает синусоидальные колебания частоты .

Сопоставим прямое преобразование Фурье

; ;

и прямое преобразование Лапласа

; ; .

Если учесть, что при и заменить p на то формула для спектра функции может быть получена из выражения для изображения по Лапласу путем замены p на :

;

.

Обратное преобразование Лапласа:

.

;

.

Обратное преобразование Фурье:

;

.

Пример:

– экспоненциальный импульс, тогда

;

;

;

.

---

4.2.2. Частотный (спектральный) метод

Сущность метода заключается в представлении с помощью прямого преобразования Фурье непериодической функции в виде суммы бесконечного множества синусоидальных функций с бесконечно малыми амплитудами и с частотами, имеющими все возможные значения от до (дискретный спектр функции ). Затем, пользуясь хорошо известными приемами расчета токов в цепи при синусоидальных напряжениях, находим токи в цепи от действия отдельных составляющих напряжения, а затем, пользуясь методом наложения, получаем результирующий ток.

Спектральный (частотный) метод исследования широко применяют в радиотехнике (прохождение модулированных колебаний через усилители, фильтры и т. д.) импульсной технике, теории автоматического регулирования.

Алгоритм расчета такой же, как и в операторном методе.

1. Находим спектральную или частотную характеристику функции f(t) с помощью прямого преобразования Фурье (используя интеграл Фурье):

,

но при , т.е.

;

.

Сопоставляя преобразование Фурье и Лапласа

видим, что первое есть частный случай второго при (вещественная часть равна 0).

Поэтому можно получить частотные характеристики , воспользовавшись готовыми таблицами для , заменив на .

Пример:

;

.

Величина , характеризующая зависимость амплитуды от частоты – АЧХ.

Величина – зависимость начальной фазы от частоты – ФЧХ.

2. Зная комплексное сопротивление цепи , можно получить частотную характеристику тока в цепи:

, где .

3. Искомый переходный ток (переходная функция) находится с помощью обратного преобразования Фурье:

.

Частотный метод дает существенное преимущество перед операторным если есть возможность снять экспериментально зависимость входного комплексного сопротивления цепи от частоты, то есть получить экспериментально и .

Тогда, вычислив спектральную характеристику , легко определить и , а затем определить одним из приближенных методов интегрирования.

При ненулевых начальных условиях можно воспользоваться (как и в операторном методе) методом наложения, рассчитав процесс при нулевых начальных условиях частотным методом и наложив на него процессы, которые получаются только от действия одних начальных напряжений на конденсаторах и токов в катушках.

---

Смотрите также файлы

• Т_5.doc

• Т_6.doc

• Т_9.doc

• Т_10.docx

• Т_11.doc