Исследуемых импульсов

Исследование процессов в ЭДН возможно в фазных координатах при относительном перемещении МДС обмоток со скоростью движения ротора или в d, q, 0-координатах с использованием линейного преобразования Парка — Горева (см. гл. 3). Дифференциальные уравнения, описывающие процессы, в первом случае имеют переменные коэффициенты, во втором — постоянные, однако аналитическое решение таких уравнений возможно лишь для частных случаев, не учитывающих нелинейности различного свойства: переменную частоту вращения ротора, насыщение стали. Развитие вычислительной техники и наличие стандартных программ интегрирования систем дифференциальных уравнений позволяют исследовать переходные процессы в фазных координатах, при которых требуется рассчитывать индуктивности и взаимные индуктивности обмоток на каждом шаге численного интегрирования. Такой подход упрощает процесс поиска рациональных форм активной зоны ЭДН для различных типов нагрузок с учетом всевозможных нелинейностей таких, как насыщение стали, переменная скорость движения ротора, изменяемое сопротивление проводов вследствие нагрева и вытеснения токов и т. п.

В большинстве задач электромеханики требуется глубокое исследование установившихся процессов, поэтому большая часть теории посвящается статическим режимам. Дифференциальные уравнения, описывающие процессы электромеханического преобразования энергии, позволяют исследовать переходные процессы и, как частный случай, установившиеся режимы.

Во многих случаях характер переходных процессов определяет :выбор установленной мощности оборудования, массы и электромагнитных нагрузок электрических машин, например, приводов с ударной нагрузкой, с тяжелыми условиями пуска, реверсивных ••быстродействующих приводов и т. п. При проектировании электрических машин, работающих в переходных режимах, важно пра-твильно рассчитывать потери и распределение активной и реактивной мощности. Чтобы исследовать переходные процессы, необхо-.димо составить описывающие их уравнения, преобразовать к виду, удобному для моделирования на ЭВМ, и решить.

Если допустить, что все частицы жидкости движутся с постоянной скоростью, т. е. жидкость ведет себя как твердое тело, задача упрощается, и процессы преобразования энергии в МГД-генераторах можно изучать, применяя уравнения обычных ЭП. Уравнения цепей вида (2.1) — (2.3) или (4.7) — (4.17) совместно с уравнениями магнитной гидродинамики позволяют исследовать переходные процессы в МГД-генераторах.

Дифференциальные уравнения, описывающие процессы электромеханического преобразования энергии, позволяют исследовать переходные процессы и, как частный случай, установившиеся режимы.

Во многих случаях характер переходных процессов определяет выбор установленной мощности оборудования, массы и электромагнитных нагрузок электрических машин, например приводов с ударной нагрузкой, с тяжелыми условиями пуска, реверсивных быстродействующих приводов и т.п. При проектировании электрических машин, работающих в переходных режимах, важно правильно рассчитывать потери и распределение активной и реактивной мощности. Чтобы исследовать переходные процессы, необходимо составить описывающие их уравнения, преобразовать к виду, удобному для моделирования на ЭВМ, и решить с помощью ЭВМ.

Конструктивные видоизменения МГД-насосов и МГД-генераторов достаточно многочисленны. Математическое исследование процессов преобразования энергии в МГД-генераторах требует совместного решения уравнений Максвелла, описывающих электромагнитные процессы, и уравнений Навье—Стокса, описывающих процессы в жидкости. Совместное решение этих уравнений возможно лишь для простейших случаев при ламинарном течении. Если допустить, что все частицы жидкости движутся с постоянной скоростью, т.е. жидкость ведет себя как твердое тело, задача упрощается, и процессы преобразования энергии в МГД-генераторах можно изучать, применяя уравнения обычных ЭП. Уравнения цепей вида (2.1)—(2.3) или (4.7)—(4.17) совместно с уравнениями магнитной гидродинамики позволяют исследовать переходные процессы в МГД-генераторах.

В Electronics Workbench можно исследовать переходные процессы при воздействии на схемы входных сигналов различной формы.

7. Исследовать переходные процессы в электрической цепи с резистором и катушкой индуктивности:

8. Исследовать переходные процессы в электрической цепи с двумя накопителями энергии — конденсатором и катушкой индуктивности:

В зависимости от числа пространственных координат модели разделяются на одно-, двух- и трехмерные. Дополнительной координатой является время. Модели реализуются с помощью ЭВМ. Комбинированные модели обладают высокой степенью соответствия натурному устройству и позволяют решать очень широкий круг задач. Прежде всего они дают большой объем информации о характере тепловых, электромагнитных и иных параметров в системе, труднодостижимый другими способами. Эта информация помогает яснее понять физическую картину происходящих явлений и получить их количественные характеристики. Моделирование резко сокращает объем трудоемких и дорогих натурных экспериментов при разработке новых процессов и установок, позволяя исследовать переходные и установившиеся режимы, а также такие режимы, как аварийные, экспериментальное изучение которых крайне затруднено. При наличии модели процесса или установки роль натурных экспериментов сводится к проверке ее адекватности процессу в отдельных точках интересующей нас области, уточнению параметров модели и отработке принятых конструкций с целью их коррекции и выявления влияния процессов, не учтенных при построении модели.

ный делитель напряжения, с помощью которого выбирают сигнал, удобный для наблюдения и исследования на экране электроннолучевой трубки (ЭЛТ) осциллографа. С выхода аттенюатора сигнал подается на предварительный усилитель. Сигнал, усиленный предварительным усилителем, проходит через линию задержки. Линия задержки обеспечивает возможность наблюдения переднего фронта коротких исследуемых импульсов путем создания в канале вертикального отклонения задержки исследуемого сигнала на время, несколько превышающее время образования рабочего хода используемой развертки. Оконечный усилитель усиливает исследуемый сигнал до значения, достаточного для наблюдения его на экране ЭЛТ. Одновременно с выхода предварительного усилителя исследуемый сигнал поступает на вход схемы синхронизации и запуска развертки, под действием которого схема вырабатывает прямоугольные импульсы постоянной амплитуды независимо от значения и формы входного сигнала. Эти импульсы передаются на вход генератора развертки, вырабатывающего пилообразное напряжение, которое усиливается в усилителе развертки и затем поступает на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. В схеме развертки предусмотрена ступенчатая регулировка частоты пилообразного напряжения развертки, осуществляемая соответствующей установкой переключателя «Время/делен» генератора развертки.

Универсальные осциллографы (С1) имеют наибольшее распространение: они позволяют исследовать разнообразие электрических сигналов в широком диапазоне частот, амплитуд, длительностей и частот повторения сигналов. Полоса пропускания таких осциллографов достигает 350 МГц. Диапазон амплитуд исследуемых сигналов составляет от единиц милливольт до сотен вольт, длительность исследуемых импульсов лежит в пределах от единиц наносекунд до нескольких секунд. Изображение сигнала на экране индицируется почти одновременно с действием сигнала на входе. Поэтому такие осциллографы называют осциллографами реального времени.

Ждущий режим генератора развертки используется при исследовании импульсных сигналов с большой скважностью. Генератор в этом режиме находится в состоянии готовности к рабочему ходу развертки. При поступлении запускающего импульса начинается рабочий ход развертки. По окончании рабочего хода развертки генератор возвращается в состояние готовности к новому рабочему ходу. Следующий рабочий ход начинается только с приходом следующего запускающего импульса. Яркость изображения импульса на экране обратно пропорциональна частоте следования исследуемых импульсов. Минимальная частота следования определяется световыми параметрами ЭЛТ.

Отклонение по горизонтали осуществляется с помощью обычных отклоняющих пластин. Генераторы развертки в скоростных осциллографах обеспечивают высокую скорость при прямом ходе луча. Для достижения высокой скорости ток заряда должен быть весьма большим (единицы ампер). Амплитуда напряжения развертки должна быть также большой (сотни вольт), поскольку в трубках используются высокие ускоряющие напряжения. Время обратного хода должно быть небольшим, чтобы не уменьшать частоты развертки, а следовательно, и частоту следования исследуемых импульсов.

Пусть на вход поступает последовательность радиоимпульсов большой скважности и длительности ти, и, поскольку спектр содержит очень большое число составляющих, как отмечалось, в этом случае интересуются огибающей спектра. Данный режим характерен тем, что период развертки Тр во много раз больше периода следования исследуемых импульсов Тс. Продолжительность анализа Тр и для него потребуется ТР/ТС импульсов.

Огибающая выходного напряжения выражается, как u(t) = (Kj~V na)G(Q), где Q — линейная функция времени, и выражает модуль спектральной функции импульса, развернутого во времени. Масштаб частоты по оси времени на экране осциллографа составляет dQ/dl=l/2a. Тогда время анализа Тл спектра с эффективной полосой До>Эф можно записать, как Га=Ла>эфА^А^=2аДсОэф, а условие неискаженного воспроизведения модуля спектральной функции можно выразить через время анализа Га^О.бт^Ашэф. Понятно, что период развертки Гр должен быть больше времени анализа 7Y Если исследуемый сигнал имеет вид повторяющихся импульсов, то необходимо, чтобы отклики, вызванные соседними импульсами, не перекрывались. Следовательно, длительность паузы между импульсами тп должна быть больше времени аналива Га. Это обстоятельство накладывает ограничение на скважность исследуемых импульсов.

го осциллоскопа обычно допускают время установления не свыше 50% от наименьшего времени установления исследуемых импульсов, выброс — не более 2-4-4%, спад — не более З-т-5% дл»

напряжения. Для этой цели исследуемые импульсы подаются на г/-пластины и на зажимы внешней синхронизации осциллографа. Получив устойчивое изображение на экране и измерив расстояние между двумя соседними импульсами^ отключают измеряемое напряжение на экране и вместо него подают эталонное синусоидальное напряжение. Внешняя синхронизация по-прежнему осуществляется исследуемыми импульсами. Изменяя частоту /э, нужно добиться положения, при котором период синусоидальной кривой на экране будет близок к измеренному периоду исследуемых импульсов и изображение ее будет неподвижным. Полученное значение частоты /э только приближенно равно искомой частоте /,,.. Для определения точного значения частоты исследуемое напряжение подается на г/-пластины, а синусоидальное напряжение частотой /э л; /ж — на ж-пластины. Изменяя частоту /э, добиваются устойчивой картины, когда на экране виден Лишь один импульс. Соответствующая этому частота будет точно равна частоте /ж следования импульсов. Для сравнения частот может быть использована также и круговая развертка. Исследуемое напряжение подается на радиальный электрод, а эталонное напряжение создает круговую развертку. Количество зубцов на осциллограмме определяет кратность отношения исследуемой частоты и эталонной.

го осциллоскопа обычно допускают время установления не свыше 50% от наименьшего времени установления исследуемых импульсов, выброс — не более 2-=-4%, спад — не более 3-4-5% дли

предварительным усилителем, проходит через линию задержки. Линия задержки обеспечивает возможность наблюдения переднего фронта коротких исследуемых импульсов путем создания в канале вертикального отклонения задержки исследуемого сигнала на время, несколько превышающее время образования рабочего хода используемой развертки. Оконечный усилитель усиливает исследуемый сигнал до значения, достаточного для наблюдения его на экране ЭЛТ. Одновременно с выхода предварительного усилителя исследуемый сигнал поступает на вход схемы синхронизации и запуска развертки, под действием которого схема вырабатывает прямоугольные импульсы постоянной амплитуды независимо от значения и формы входного сигнала. Эти импульсы передаются на вход генератора развертки, вырабатывающего пилообразное напряжение, которое усиливается в усилителе развертки и затем поступает на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. В схеме развертки предусмотрена ступенчатая регулировка частоты пилообразного напряжения развертки, осуществляемая соответствующей установкой переключателя «Время/делен» генератора развертки.

Для расчетов удобны нормированные (обобщенные) переходные характеристики, где по вертикальной оси откладывают отношение выходного напряжения к его значению после установления фронта скачка, а по горизонтальной — время t. У современных усилителей импульсных сигналов процесс установления фронта импульса происходит за очень короткое время, во много раз меньшее длительности усиливаемых импульсов. Поэтому для оценки искажения фронта /п.ф амплитуды скола Д используют переходные характеристики с различными масштабами времени. Величина допустимых переходных искажений зависит от назначения усилителя. Так, например, в усилителе для импульсного осциллографа обычно допускают время установления не свыше 50 % наименьшего времени установления исследуемых импульсов, выброс 5 — не более 2...4 %, Д — не более 3...5 % для импульса наибольшей длительности.