Комплексті сандар арқылы синусоидалы токты есептеу
Курстық жұмыс
Тақырыбы: «
Комплексті сандар арқылы
синусоидалы токты есептеу »
| |
|
|
| І | Кіріспе....................... |
2 |
| II | Негізгі бөлім......................... |
4 |
| 1.1 | Синусоидалық токтарды комплекстік жазықтықта кескіндеу.............. | 4 |
| 1.2 | Комплекстік жазықтықтағы
синусоидалық финкцияларға қосу және
алу амалдарынқолдану.......... |
7 |
| 1.3 | Комплекстік сандарға амалдар қолдану | 9 |
| 1.4 | Синусоидалық
токтың комплекстік мәндері үшінОм
және Кирхгорф заңдары .............................. |
10 |
| Есептің қойылымы...................... |
14 | |
| ІІІ | Қорытынды..................... |
17 |
| Пайданылған әдебиеттер.................... |
18 |
Кіріспе
Қоғамның дамуындағы электр электр энергиясының рөлі мен маңызы елеулі орын алатындығы көпшiлікке мəлім. Электр энергиясыөмірдің барлық салаларынында соншалықты кең таратылуының бастысебебінің бірі - электромагниттік энергияны өте аз шығынмен алысқашықтыққа беру жəне оны энергияның басқа да түрлеріне:механикалық, жарық, жылу, химиялық жəне т. б. түрлендіру ыңғайлы.
Электр
энергиясы кез-келген қуаты бар
қабылдағыштарға оңай тар- алады. Байланыс
техникаларындағы, автоматикадағы жəне
есептеу тех-никаларындағы
„Электротехника
жəне электроника негіздері” курсының
пəнi дeп, тіз-бектер мен өpicтepдeгi өтетін
электромагниттік процестерді сандықжəне
сапалық жағынан оқып үйренуді айтады.
Физика жəне жоғарыматематика курстарына
негізделген бұл курс, осы заманғыэлектротехникалық
құрылымдардың, əр түрлі кең
Электр
тізбектерін есептеуді eкi əдіспен
баяндап жеткізугеболады: бipiншi əдіс
бойынша, есептеу жұмыстары
”Электротехника
жəне электроника негіздері” курсын
оқыпүйренудің барысында
ойдағыдай
жеткілікті дəрежеде бойына сіңіруі
тиіс.Оқу құралының мақсаты
Бұл
жұмысың тнегізгі мақсаттары - пəнді
тек теориялықжағынан оқып үйренуді
ғана емес, сонымен қатар
сіңірулері.
Білім негіздері мынадай
1.1 Синусоидалық токтарды
комплекстік жазықтықта
кескіндеу
Синусоидалы (айнымалы) тоқ деп синус заңдылығымен өзгеретінтоқты айтады: i = Imsinα.
Айнымалы тоқтың тұрақты тоққа қарағанда ерекшелігі, оны алыс қашық-тықтарға қарапайым айнымалы тоқ генератор құрылғысы менқажетке пайдаланғанда сенімділігі жоғары қозғалтқыштары бар трансформаторлық қосалқы станцияларды пайдалана отырып тарата алады.
Электрмагниттік ЭҚК шамасы магнит индукциясынан В, сымныңактивті ұзындығынан l, өткізгішті қиып өтетін магнит күштіксызықтардың жылдамдығынан V жəне магнит индукциясының векторымен жылдам-дықтың векторының бағыттарының арасындағы синусбұрышынан тəуелді болады. Электр магнитті ЭҚК келесі формуламенанықталады:
e = B ⋅l ⋅V ⋅sin α.
Электр
магниттік индукцияның ЭҚК
α = 0, − е = 0;
α = 90o , − е = max; em= B ⋅l ⋅V ⋅sin 90o = B ⋅l ⋅V = Em;
α =180o , − е = 0;
α = 270o , − е = max; em= B ⋅l ⋅V ⋅sin 270o = −B ⋅l ⋅V = −Em;
α = 360o ,
− е = 0 .
Em=B* l* V деп белгілейотырып, электр магниттік индукцияныЭҚКанық-тау формуласы төмендегідей болып анықталады:
e = Emsinα.
Комплекс
сандарды кескіндеуге болатын
Комплекстік
санның нақты және жорамал бөлігі
болады.комплекстік
Математика курсынан белгілі
Эйгер өрнегі бойынша:
ejα=cosα+jsinα.
(1)
Комплекс жазықтықтағы ejα - комплекстік саны векторды бейнелейді, ол бірге тең және заттық мәндер өсімен (+1 өсімен) α бұрыш жазайды. Альфа бұрышы +1 өсінен сағат тілі бағытына қарсы бағытта саналады. Функцияның модулі:
Мұндағыejα-
функциясының +1 өсіне проекциясы cosα
–ға ,ал +jөсіне проекциясы sinα- ға тең болады.
Егер ejα– функциясының орнына Imejα-
ныалсақ онда
Im
ejα =Imcosα+jImsinα.
Комплекстік
жазықтықта бұл функция, ejα - функциясы
сияқты, +1 өсіне α –бұрышымен бейнеленеді,
бірақ вектордың ұзындығы Imесе көп
болады.
Imejα(wt+ѱ)=Imcos (wt+ѱ)+jImsin (wt+ѱ). (2)
Мұндағы
Imcos (wt+ѱ) қосылғыш I
m ejα(wt+ѱ)– дің нақты бөлігін
(Re) құрайды, сондықтан
Imcos
(wt+ѱ) = Re I m
ejα(wt+ѱ)
ал
Imsin (wt+ѱ) функциясы I
m ejα(wt+ѱ)өрнегінң жорамал
бөлігі
(Im) болып табылады, демек
i =Imsin
(wt+ѱ) =ImI m
ejα(wt+ѱ). (4)
Сонымен синусоидамен өзгеретін және і- тогын I m ejα(wt+ѱ)түрінде, немесе діл осы сияқты, бірақ I m ejα(wt+ѱ) айналу векторының +j өсіне проекциясы түрінде көрсетуге болады.
Комплекстік
жазықыұтарда, бірдейлік үшін, уақытқа
байланысты синусоидалық түрде өзгеретін
вектордың (wt= 0 болатын уақыт кезендегі)
шамасы қабылданған. Сонда вектор мынадай
болады:
I
m ejα(wt+ѱ)=I
m ejα =I
m .
Мұндағы I m - модулі I m - ге тең, комплекстік шама; ѱ бастапқы фазаға тең, комплекстік жазықтықтың +1 өсіне I m векторын жасайтын бұрыш.
I
m - шамасы і – тогының комплекстік
амплитуасы.
Осы
айтқанымызға түсініктеме берейік.
Айталық, і = 8sin(wt+20)A болсын. Осы токты
комплекстік амплитуда өрнегі түрінде
жазайық. Бұл жағлайда
I m = 8 A, ѱ=20΄ A. Демек, I
m ej 20΄. Айта.лық, комплекстік
амплитудаI m
= 25ej 20΄A болсын дейік. Енді осы токтың
лездік мәні үшін қрнек жазайық. Комплекстік
амплитудадан оның лездік мәніне көшу
үшін I m– ді ejwt-е
көбейтеміз де, алынған көбейтіндінің
жорамал бөлігін алдындағы коэффициентті
аламыз:
i = Im25e-j
30΄ejwt=I
m 25ej(wt-30΄)=25sin(wt-30΄).
1.2 Комплекстік
жазықтықтағы синусоидалық
финкцияларға
қосу және алу
амалдарын қолдану.
Жиіліктері бірдей екі токтың ( і2 және і2 ) қосу керек болсын дейік. Сонда олардың қосындылары сондай жиілікті токты береді:
i1
=I1msin (wt+ѱ) ;i 2=I2msin (wt+ѱ)
;
i =Imsin
(wt+ѱ); (1.2.1)
Демек, і- тогының Im - амплитудасы, ѱ – бастапқы фазасын анықтау қажет. Осыған сәйкес комплекстік жазықтықта -тогын І1m = І1mejѱ1 , ал і2 –тогын І2m = І2mejѱ2 векториар түрінде бейнелейміз.І1m және І2m - векторларының геометрриялық қосындылары Іm = Іmejѱ қосынды, токтың комплекстік амплитудасын береді. Токтың Іm - амплитудасы қосынды вектордың ұзындығы, ал бастапқы ѱ - фазасыосы вектор мен +1 өсінің арасындағы бұрыш ретінде анықталады .
Екі
токтың айырымын анықтау үшін, комплекстік
жазықтықта қосу операциясын емес,
қайта, тиісті вектордың айырымын анықтау
операциясын жүргізу керек.
Егер І1m , І2m және Іmвекторлары координата бас нүктесінің айналасында ω – бұрыштық жылдамдықпен айналатын болса, онда векторлардың бір – бірімен салыстырғандағы еш өзгерусіз қалатынына көңіл аударумыз қажет.
Векторлық
диограмма деп бір уақыт
1.3 Комплекстік сандарға амалдар қолдану
Тізбектегі айнымалы токтарды есептеуде комплекстік сандармен әр түрлі жұмыстарды орындауға тура келеді. Мысалы, тізбектің бөлігіндегі кедергілер немесе тізбек тұтасымен – бұл бір комплекс , яни ток, кернеу э.қ.к – комплекстер және тағы басқа Ом заңы бойынша токты табу үшін э.қ.к – і комплекс кедергі комплексне бөлу керек.
Математикада
блетініміздей комплекстік
Екі және одан да көп комплекстік сандарды қосу алгебралық түрде жазу арқылы жүргізіледі. Мұнда олардың нақты бөлігі бір бөлек, жорамал бөлігі бір бөлек қосындаланады.
( а1 + jb1 ) + (а2 + jb2 ) + ( а3 - jb3 )=
= (a1 + a2 + a3) + j( b1 + b2 - b3 ).
Комплекстік
сандарды көбейту және бөлуді дәрежелік
трде жазып, жргізген орынды. Айталық
c2ejφ2 – комплексіне
бөлу керек болсын дейік. Сонда бөлуді
орындағанда қортындысында коиплекс алынады:
c2ejφ2 =c2ejφ2
Қортынды комплекстік c3 – модулі әлгі c1 мен c2 – нің бөліндісіне б, аргументік φ3 =φ1 –φ2 айырымына тең болады.
Жоғарыдағы c1 және c2 - комплекстерінің бір – біріне көбейтетін болсақ, онда қорытқы комплекс
c4ejφ4
=c1ejφ1c2ejφ2
=c1ej( φ1+φ2
) .
Электр тізбектерімен есептеулер жүргізгенде комплестің алгебралық түрде жазылумен көрсеткіштік түріне немесе керсінше көрсеткіштіктен алгебралық түрге көшіруге тура келеді.
Айталық , а+jb=cejφ комплекстік саны берілсін. Мұндағы с= √а2 + b2 , tg= b/а , а= с соsφ, b =сsіnφ.
Көрсеткіштік түрдегі комплексті жазуда қате жібермеу үшін, әуелі берілген алгебралық түрдегі комплексті комплекстік жазықтықта сапалы бейнелеу ұсынылады. Бұл , әрине, +1 өсімен вектордың арасындағы φ – бұрышын дұрыс салуға мүмкіндік береді. Демек, +1 өсіне сағат тілінің жүрісі бағытына қарсы салынған бұрыш оң , ал сағат тілі бағытында салынған бұрыш теріс болады.
1.4Синусоидалық токтың
комплекстік мәндері
үшін Ом және
Кирхгорф заңдары.
R,
Lжәне С элементтерін тізбектей
қосу. Мұнда u =
uR + uL
+uc теңдеуін мынадай түрде жазамыз:
u =Ri +L(di/dt)
+ 1/Cʃ i d t.
Кирхгорфың
теңдеуіндегі параметрлерR, L және С тізбектің
қысқыштарындағы u =Usin (wt+ѱ)
кернеу берілген болсын , ал іздейтініміз
тек і – тогы деп есептейік. Бұл жерде
синусоидалық токтың орныққан режимін
қарастырып отырғандықтан, бұл дифференциялдық
теңдеудің шешуін мына түрдегі синусоидалық
функция береді.
i =Imsin
(wt+ѱ - φ);
мұндағы Imжәне (ѱ - φ) – әзірге белгісіз токтың амплитудасы және бастапқы фазасы .
Синусоидалық
токты есептеу үшін біз практикада
жиі қолданылатын есептеудің символдық
немесе комплекстік әдісі деп
талатын әдісті қолданамыз.
Демек, бұл жрде біз есептеудің символдық әдісінің мәні , дифференциялық болып табылатын синусоидалық токтың лездік мәні үшін құрылған теңдеуден, токпен э.қ,к –нің комплекстері үшін құрылған аогебралық теғдеулерге өту екенінеске сала кеткенініміз дұрыс. Орныққан процесс үшін, Кирхгорфтың заңдары бойынша , құрылған теңдеудебұл өтуде токтың лездік мәні і – ді Im- токтың комплекстік амплитудасы мен ; кедергісі R болатын резонанстардағы кернеудің лездік мәні R Im-комплексмен ; токтан 90€ - қа озып отыратын индуктиптік катушкадағы uL = Ldi/dt лездік мәнінImjwL – комплексмен; токтан 90€ - қа қалып отыратын конденсатордағы uc = 1/Cʃ i d t - kернеудің лездік мәнін Im (-j/ w C) - комплексімен э.қ.к –нің лездік мәнін Em -комплекстік ауыстырайық.Конденсатордағы кернеудің амплитудасы ток амплитудасын Хс =1/wC -ға көбейткендегі көбейтәндіге тең болады. Конденсатордағы кернеудің токтан 90º- қа қалып қоюы – j көбейткішінің болуымен түсіндіріледі.
Теңдеуді
комсплекстік түрде жазайық ;
Im
R + Im jwL + Im
(-j/ w C)=Um ( 1.3.1)
Im
–ді сыртқа шығарамыз:
Im
( R + jwL - j/ w C)=Um.
( 1.3.2)
Демек
, 1.3 – суретіндегі схема үшін
Im
=Um/(R +jwL - j/ w C).
(1.3.3)
Бұл өрнек токтың комплекстік амплитудасы Im- ді кернеудің комплекстік амплитудасы Um және тізбектің R, L және 1/wC – кедергілері арқылы табуға мүмкіндік береді.
Бұл
әдісті символдық әдіс деп аталуы
ток пен кенеуді олардың
Теңдеудегі
R – jwL –(j/ wC) көбейткішінің өлшемі кедергінікідей
комплекстік болып саналады, сондықтан
оны кедергінің комплексі деп
атайды және Z әріпімен белгіленеді.
Z= z e
jφ= R + jwL – j/ wC.
(1.3.4)
Барлық комплекстер секілді Z - ті де дәрежелік түрінде жазуға болады. Комплекстік кедергінің модулін z арқылы белгілеу қабылдаған , яғни z =|Z|
Z –тің
жоғарғы жағыннан қойылмайды, себебі
нүкте уақыттың синусоидалық
функциясыменижазылатын
Z дәрежелік және алгебралық түрде жазылған. Енді осы шамаы тригонометриялық түрде жазсақ былай болар еді.
Z = z cosφ
+ jz sinφ (1.3.4`)
Мұндағы z= |Z| - комплекстік сандардың модулі, ал φ – комплекстік Z санының аргументі. Бұл шамалар былай анықталады:
z = √R2
+ X2 ; φ = arctg(X/R).(1.3.5)
Бұл комплекстік амплитудасы үшін Ом заңы болып табылады. Теңдеудің екі жақ бөлігі де √2 – ге бөліп, комплекстің әсерлік мәндері үшін Ом заңын аламыз.
U = Z I.
(1.3.6)
Біз
жоғарыда келтірілген теңдеуі
Жалпы жағдайда , Z тің нақты бөлігі R және жорамал бөлігі jХ болады:
Z =R +jX =
R + j (XL - XC ) . (1.3.7)
Мұндағы R – активтік кедергі , Х – реактивті кедергі.
1.3 суретіндегі схема үшін реактивті кедергі
X =wL –
1/ wC.
Z –
комплекстік кедергіге кері
Y = 1 /Z = g –jb = ye –jφ.
(1.3.8)
Комплекстік өткізгіштің бірлігі -См(Ом-1 ). Оның нақты бөлігін g , ал жорамал бөлігін b арқылы белгілейді.
Сонда
1/Z = 1/(R+
jX) =( R – jX )/ (R2
+ X2) = R / (R2
+ X2) –j X / (R2
+ X2) =g –j b,
Демек,
g = R / (R2 + X2); b = X / (R2 + X2); y = √g2 + b2 .(1.3.9)
Егер Х оң болса , онда b – да оң болады . Х теріс болса онда b –да теріс болады.
Жоғарыда айтылғандарды ескеріп , енді , біз 1.8 теңдеуіндегі Y – векторының комплекстік кедергінің геометриялық инперперенция енекін және Z – векторы секілді белгіленетін көреміз. Комплекстік кедергінің геометриялық инперперенция, комплекстік кедергінің алгебралық түрде 1.7 жазылуынан дәрежелік 1.4 және тригонометриялық 1.4` түріне көшруді жеңәлдетеді.
Комплекстік өткізгішті пайдалансақ , Ом заңы былай жазылады:
I = U Y (1.3.10)
немесе
I =Ug – jUb = Ia -Ir .
мұндағы Іа токтың активтік құраушысы; Іr -токтың реактивті құраушысы ; U –кедергісі Z – ке тең тізбектің бөлігіндегі кернеу.
Токтың
комплекстік амплитудасы 1.5 теңдеуі
негізінде мынадай өрнек
Im = Um / Z = Um ej (ψ - φ)/z
мұндағы
(ψ - φ) –токтың бастапқы фазасы. Демек
, ізделініп отырған ток
i = Im (Imejwt) = Um sin(wt + ψ - φ).
1-есеп.
Мына комплекстерді
Шешуі: a + bj = c e j φ , c = √ a2 + b2 , tgφ = b/a;
a = 3; b = 2 болғандықтан c = √9 +4 = 3,6tg φ= 2/3;
3 + 2j =3,6 ej 33º40`:
2-есеп
. Мына комплекстерді
Шешуі:a = 4 , b = 5 болғандықтан
c = √ 16 +25 = 6,4
4 – 5 j = 6,4 e j 51º20`:
3-есеп . Э.қ.к – нің оң бағыттарын схемада бағыттама сызықтарымен көрсетілген. e 1 = 120√2 sin wt B, e 3 = 100√2 cos (wt -120º)B; R =2 ;1/ wC2 =10;
wL3 =5;
Э.қ.к комплекстік түрде жазамыз: E1 =120; E3= 100 e-j 30º.
Y1 = 1/Z1= 1/2=0.5, Y2 = 1/Z2 = 1/ (-10j) = 0.1j ;Y3 = 1/Z3 = 1/(-5j) = -0.2j.
φa =(120 *0.5 +100 e-j 30º0.2 e-j 90º)/ 0.5 +0.1j -0.2j =104e-j 8ºB;
I1 = (E1 - φ a)/ Z1 =( 120 - 104e-j 8º) /2 =11.17e-j 40º25
I2 = -φ /Z2= 104e-j 8º/ 10e-j 90 º=10.4e-j98ºA;
I3
= (E3 - φ a)/ Z3
= (100 e-j 30º -
104e-j 8º/ 5j) = 7.82e-j 155º30;
Қорытынды
Мен бұл курстық жұмыста комплексті сандар арқылы синусоидалы токты есептеуді шығардым. Осы есепті шығара отырып көптеген мүмкіншіліктерді пайдалана отырып, өзімнің курстық жобамның тақырыбын ашатын есептеуді орындап және сол арқылы қорытынды нәтижеге қол жеткізе алдым. Бәрі де өзім оәлағандай болып шықты.
Қоғамның дамуындағы электр электр энергиясының рөлі мен маңызы елеулі орын алатындығы көпшiлікке мəлім. Электр энергиясы өмірдің барлық салаларын-ында соншалықты кең таратылуының басты себебінің бірі – электромагниттік энергияны өте аз шығынмен алыс кашықтыққа беру жəне оны энергияның басқа да түрлеріне: механикалық, жарық, жылу, химиялық жəне т. б. түрлендіру ыңғайлы.

- Комплекс управленческих решений, направленных на совершенствование деятельности ООО «Амурагроцентр»
- Комплекс фаршеприготовительный с расчётом фаршемешалки типа Л5-ФМУ-150
- Комплекс физических упражнений при заболевании опорно-двигательного аппарата (сколиоз)
- Комплекс физической гимнастики
- Комплекс формирования спроса, стимулирования сбыта ОАО "Белгалантерея"
- Комплексы документов
- Комплексы документов. Документные ресурсы
- Комплекс профессиональных способностей вузовского преподавателя
- Комплекс ролевых игр по теме «Книги»
- Комплекс рынка в конструкциях ИИ-04 торговой площадью 600 кв. метров, 100 торговых мест в г. Петриков
- Комплекс социальных и правовых мер, направленных на достижение тождества справедливости и законности
- Комплекс теоретико-методологических и организационно-методических проблем учета основных средств
- Комплекс теоретически обоснованных положений о современном состоянии дознания, перспективы его оптимизации
- Комплекс технико-технологических мероприятий с целью повышения качества и конкурентоспособности продукции