Исследование частотных характеристик электрических цепей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА

Кафедра Электроэнергетики

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

• курсовой работе по дисциплине

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

на тему:

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

для студентов заочной формы обучения

редакция 1.4

СИДОРОВ Сергей Владимирович

Тюмень, 2019

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ        3

1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ        4

2. РАСЧЁТНОЕ ЗАДАНИЕ        7

3. СТРУКТУРА КУРСОВОЙ РАБОТЫ        8

4. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К РАБОТЕ        9

2

ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа предназначена для закрепления обучающимися материала дисциплины электротехника и электроника.

Цель работы:

1. Сформировать основные сведения об электрических фильтрах, их назначении, классификации и применении в электроэнергетике.

1. Выяснить физические явления, положенные в основу действия электрических фильтров.

1. Изучить расчёт параметров схем фильтров типа k по заданным величинам частоты среза ωc и сопротивления нагрузки Rн .

1. Научиться строить и анализировать частотные характеристики фильтров.

1. Исследовать влияние параметров нагрузки на фильтрующие свойства фильтров.

3

1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Электрические фильтры – это электромагнитные устройства, включаемые между источником энергии и нагрузкой, предназначенные для ограничения гармонического состава тока и напряжения.

Диапазон частот, пропускаемых фильтром без затухания, называется полосой прозрачности (полосой пропускания), а диапазон частот, пропускаемых с затуханием, – полосой затухания. Частота, разграничивающая полосы прозрачности и затухания, называется частотой среза ωc .

По расположению полосы прозрачности различают электрические фильтры:

• нижних частот, полоса прозрачности которых лежит в диапазоне частот от нуля до частоты среза ωc ;

• верхних частот, полоса прозрачности которых лежит в диапазоне частот от частоты среза ωc до бесконечно большой частоты;

• полосовые, полоса прозрачности которых лежит в диапазоне частот от частоты среза ωc1 до частоты среза ωc2 ;

• заграждающие, содержащие две полосы прозрачности: от нуля до частоты среза ωc1 и от частоты среза ωc2 до бесконечно большой частоты.

Изменение напряжения и тока при прохождении через электрический фильтр описывается двумя коэффициентами:

1. Коэффициентом затухания a, показывающим во сколько раз изменяется действующее (или амплитудное) значение:

где U1 , I1 – действующие значения напряжения и тока на входе фильтра; U 2 , I2 – действующие значения напряжения и тока выходе фильтра. Коэффициент затухания измеряется в неперах [Нп] или децибелах [дБ],

причём 1 Нп = 20 / ln (10) ≈ 8,686 дБ , т.е. в децибелах:

4

1. Коэффициентом фазы b, показывающим насколько изменяется фаза:

где ψ u1 ,ψ i1 – начальные фазы напряжения и тока на входе фильтра;

• u 2 ,ψi2 – начальные фазы напряжения и тока выходе фильтра.

Коэффициент фазы измеряется в радианах или в градусах.

Зависимости от частоты входного напряжения коэффициентов затухания и фазы называются соответственно амплитудно-частотной a(ω ) и фазочастотной b(ω ) характеристиками.

Электрические фильтры собирают на базе Т- или П-схем, общий вид которых приведён на рис. 1.1.

[pic 1]

Рис. 1.1. Общий вид a) Т-схемы замещения b) П-схемы замещения фильтра