Исследование линейных электрических цепей постоянного тока методом моделирования
Анализ основных величин, характеризующих токи и напряжения электрических цепей постоянного тока. Использование законов Кирхгофа в цепях постоянного тока. Проверка расчётов с использованием понятия баланса мощностей. Схема ваттметра для измерения мощности.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.12.2018 |
| Размер файла | 186,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Институт ядерной энергетики (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования
«Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»
в г. Сосновый Бор
Отчет по лабораторной работе № 1
«Исследование линейных электрических цепей постоянного тока методом моделирования»
Проверил: преподаватель Веселов С. В.
Выполнил: группа: в31952/1 Хандриков А.А.
Сосновый Бор 2018г
1 Цель работы:
Исследование основных величин, характеризующих токи и напряжения электрических цепей постоянного тока; использование законов Кирхгофа в цепях постоянного тока; проверка расчётов с использованием понятия баланса мощностей. ток напряжение электрический кирхгоф
Программа работы:
1. Собрать модель заданной электрической цепи постоянного тока в среде Simulink (программа MATLAB), используя библиотеку «SimPowerSystem».
2. Включить в ветви источников питания электроизмерительные приборы: амперметр - «Current Measurements» и вольтметр - «Voltage Measrements».
3. Собрать схему ваттметра для измерения мощности, используя сигналы от амперметра и вольтметра [блок перемножения «Product» из библиотеки «Math Operations»].
4. Внести на наборное поле модели электрической цепи измерительные блоки «Multimeter» и «Powergui» из библиотеки «SimPowerSystems».
5. В соответствии с заданным вариантом в модель электрической цепи внести значения величин ЭДС источников и сопротивлении резисторов.
6. Выполнить запуск модели и записать значения токов и падений напряжения на элементах электрической цепи.
7. Проверить первый и второй законы Кирхгофа, используя измеренные значения токов и падений напряжения на элементах электрической цепи.
8. Проверить баланс мощностей, используя рассчитанные значений токов на элементах цепи.
Исходные данные:
E1=170 B;
R1=115 Ом;
Обнуленные резисторы - 4,8,5;
Примечание: 1. Принять Е2=2*Е1 [В]
2. Принять Е3=2,5*Е1 [В]
3. Принять Ri=1,5*R1*№резистора [Ом]
2. Модель электрической цепи:
Рис.1 Модель электрической цепи
3. Измерения:
Распечатка значений из Powergui:
4. Проверка законов Кирхгофа:
Рис. 2 Электрическая схема. Стрелками указаны направления токов
Составляем уравнения по 1-ому закону Кирхгофа:
Всего рассматриваемых узлов 5, поэтому нам хватит 5-1=4 уравнений
1) I1+I2+I3-I4=0; 2) I4+I10+I6+I5=0; 3) не рассмотрен; 4) I8-I10-I9=0; 5) -I7-I6-I8=0;
Составляем по 2-ому закону Кирхгофа:
В цепи 5 независимых контуров, поэтому и 5 уравнений
1) -E1=I1*R1-I2*R2; 2) E1=I2*R2-I3*R3; 3)-E2=I3*R3+I4*R4+I9*R9; 4) E2=-I6*R6+I8*R8; 5) -E3=I6*R6-I5*R5-I7*R7;
Всего 10 неизвестных: 9 токов на резисторах и 1 на одиноко стоящей в ветви ток E2, а уравнений 9, поэтому вводим дополнительное уравнение. Видно, что R5 и R7 располагаются на одной ветви, поэтому падения напряжений на них одинаковы: I5*R5-I7*R7=0;
Решать систему уравнений будем методом с использованием матрицы контурных сопротивлений Rк и вектора контурных ЭДС Ek:
Решаем пользуясь средой Simulink (программа MATLAB). Код программы:
%ввод данных
R1=115; R2=1.5*R1*2; R3=1.5*R1*3; R4=1.5*R1*4; R5=1.5*R1*5; R6=1.5*R1*6; R7=1.5*R1*7; R8=1.5*R1*8; R9=1.5*R1*9;
E1=170; E2=2*E1; E3=2.5*E1;
%нулевые резисторы
R4=0; R8=0; R5=0;
%расчеты ввод матрицы контурных сопротивлений
Rk=[1 1 1 -1 0 0 0 0 0 0;0 0 0 1 1 1 0 0 0 1;0 0 0 0 0 0 0 1 -1 -1;0 0 0 0 0 -1 -1 -1 0 0;R1 -R2 0 0 0 0 0 0 0 0;0 R2 -R3 0 0 0 0 0 0 0;0 0 R3 R4 0 0 0 0 R9 0;0 0 0 0 0 -R6 0 R8 0 0;0 0 0 0 -R5 R6 -R7 0 0 0;0 0 0 0 1 0 -1 0 0 0]
%матрица контурных эдс
Ek=[0;0;0;0;-E1;E1;-E2;E2;-E3;0]
%расчет токов
I=Rk\Ek
%составляем матрицу сопротивлений
R=[R1;R2;R3;R4;R5;R6;R7;R8;R9;0];
%находим напряжения через dotproduct
U=I.*R
%находим мощности для каждого элемента
Pload=I.*I.*R
%получаем суммарное значение мощностей потребителя
Pl=sum(Pload)
%вводим матрицу эдс соответствие I2-E1 I5-E3 I10-E2
E=[0;E1;0;0;E3;0;0;0;0;E2];
Psource=I.*E
%получаем суммарное значение мощностей источника
Ps=sum(abs(Psource))
Вычисленные значения:
5. Проверка баланса мощностей
Сводная таблица:
|
Задано |
Измерения |
Вычисления |
||||||
|
I [A] |
U [B] |
Pисточн. [Вт] |
I [A] |
U=I*R [B] |
Pнапр.=I2*R [Вт] |
Pисточн.=E*I [Вт] |
||
|
R1=115 |
0,4368 |
-50,23 |
----- |
-0,4368 |
-50,2273 |
21,9372 |
----- |
|
|
R2=345 |
0,3472 |
119,8 |
----- |
0,3472 |
119,7727 |
41,5812 |
----- |
|
|
R3=517,5 |
-0,09706 |
-50,23 |
----- |
-0,0971 |
-50,2273 |
4,8749 |
----- |
|
|
R4=0 |
0,1866 |
0 |
----- |
-0,1866 |
0 |
0 |
----- |
|
|
R5=0 |
0,07039 |
0 |
----- |
0,0704 |
0 |
0 |
----- |
|
|
R6=1035 |
-0,3285 |
-340 |
----- |
-0,3285 |
-340 |
111,6908 |
----- |
|
|
R7=1207,5 |
0,07039 |
85 |
----- |
0,0704 |
85 |
5,9834 |
----- |
|
|
R8=0 |
-0,2581 |
0 |
----- |
0,2581 |
0 |
0 |
----- |
|
|
R9=1552,5 |
0,1866 |
289,8 |
----- |
-0,1866 |
-289,7727 |
54,0858 |
----- |
|
|
E1=170 |
0,3472 |
170 |
59,02 |
0,3472 |
----- |
----- |
59,0184 |
|
|
E2=340 |
0,4447 |
340 |
151,2 |
0,4447 |
----- |
----- |
151,2178 |
|
|
E3=425 |
0,0704 |
425 |
29,92 |
0,0704 |
----- |
----- |
29,9172 |
|
|
?Pисточн. |
----- |
----- |
240,14 |
----- |
----- |
----- |
240,1534 |
|
|
?Pприемн. |
----- |
----- |
----- |
----- |
----- |
240,1534 |
----- |
В вычислениях суммы мощностей источников и приемников равны, из этого следует вывод, что баланс мощностей соблюдён. В измерениях сумма мощностей, выдаваемая источниками, совпадает с вычислениями.
Выводы
В данной лабораторной работе была собрана модель электрической цепи постоянного тока в MATLAB, с помощью которой были исследованы основные величины, характеризующие токи и напряжения электрических цепей.
Были составлены уравнения по законам Кирхгофа, с помощью которых были получены токи и падения напряжения на элементах цепи. Полученные расчётные значения токов и падений напряжений были сравнены с экспериментальными значениями. В итоге значения совпали, что говорит об успешной проверке законов Кирхгофа.
Также проведена проверка баланса мощностей. Баланс мощностей был соблюден, т.к. суммы мощностей источников и приёмников оказались равны (240,15 Вт).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Экспериментальное исследование электрических цепей постоянного тока методом компьютерного моделирования. Проверка опытным путем метода расчета сложных цепей постоянного тока с помощью первого и второго законов Кирхгофа. Составление баланса мощностей.
лабораторная работа [44,5 K], добавлен 23.11.2014Основные законы электрических цепей. Освоение методов анализа электрических цепей постоянного тока. Исследование распределения токов и напряжений в разветвленных электрических цепях постоянного тока. Расчет цепи методом эквивалентных преобразований.
лабораторная работа [212,5 K], добавлен 05.12.2014Анализ состояния цепей постоянного тока. Расчет параметров линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока графическим методом. Разработка схемы и расчет ряда показателей однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока.
курсовая работа [408,6 K], добавлен 13.02.2015Основные элементы и характеристики электрических цепей постоянного тока. Методы расчета электрических цепей. Схемы замещения источников энергии. Расчет сложных электрических цепей на основании законов Кирхгофа. Определение мощности источника тока.
презентация [485,2 K], добавлен 17.04.2019Анализ электрических цепей постоянного тока. Расчёт токов с помощью законов Кирхгофа. Расчёт токов методом контурных токов. Расчёт токов методом узлового напряжения. Исходная таблица расчётов токов. Потенциальная диаграмма для контура с двумя ЭДС.
курсовая работа [382,3 K], добавлен 02.10.2008Применение методов наложения, узловых и контурных уравнений для расчета линейных электрических цепей постоянного тока. Построение потенциальной диаграммы. Определение реактивных сопротивлений и составление баланса мощностей для цепей переменного тока.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 29.07.2013Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Расчет однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Переходные процессы в электрических цепях, содержащих конденсатор и сопротивление.
курсовая работа [4,4 M], добавлен 14.05.2010Анализ электрического состояния цепей постоянного или переменного тока. Системы уравнений для определения токов во всех ветвях схемы на основании законов Кирхгофа. Исследование переходных процессов в электрических цепях. Расчет реактивных сопротивлений.
курсовая работа [145,0 K], добавлен 16.04.2009Понятие и разновидности электрических схем, их отличительные признаки, изображение тех или иных предметов. Идеальные и реальные источники напряжения и тока. Законы Ома и Кирхгофа для цепей постоянного тока. Баланс мощности в цепи постоянного тока.
презентация [1,5 M], добавлен 25.05.2010Расчет линейных электрических цепей постоянного тока, определение токов во всех ветвях методов контурных токов, наложения, свертывания. Нелинейные электрические цепи постоянного тока. Анализ электрического состояния линейных цепей переменного тока.
курсовая работа [351,4 K], добавлен 10.05.2013Свойства резистора. Расчет резистивной цепи постоянного тока методом эквивалентного генератора. Изучение методов уравнений Кирхгофа, контурных токов, узловых потенциалов, наложения и двух узлов. Расчет тока в электрических цепях и баланса мощностей.
контрольная работа [443,9 K], добавлен 07.04.2015Ознакомление с основами метода уравнений Кирхгофа и метода контурных токов линейных электрических цепей. Составление уравнения баланса электрической мощности. Определение тока любой ветви электрической цепи методом эквивалентного источника напряжения.
курсовая работа [400,7 K], добавлен 11.12.2014Особенности экспериментальной проверки законов Кирхгофа. Сущность основных свойств линейных цепей постоянного тока. Проверка принципа наложения и теоремы об эквивалентном генераторе. Исследование трехфазной цепи при соединении приемников звездой.
контрольная работа [2,3 M], добавлен 29.06.2012Расчет линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Определение реактивного сопротивления элементов, составление баланса активных и реактивных мощностей с целью исследования переходных процессов в одно- и трехфазных электрических цепях.
контрольная работа [8,2 M], добавлен 14.05.2010Основные понятия, определения и законы в электротехнике. Расчет линейных электрических цепей постоянного тока с использованием законов Ома и Кирхгофа. Сущность методов контурных токов, узловых потенциалов и эквивалентного генератора, их применение.
реферат [66,6 K], добавлен 27.03.2009Расчет линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Анализ состояния однофазных и трехфазных электрических цепей переменного тока. Исследование переходных процессов, составление баланса мощностей, построение векторных диаграмм для цепей.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 23.10.2014Исследование неразветвленной и разветвленной электрических цепей постоянного тока. Расчет нелинейных цепей постоянного тока. Исследование работы линии электропередачи постоянного тока. Цепь переменного тока с последовательным соединением сопротивлений.
методичка [874,1 K], добавлен 22.12.2009Анализ и расчет линейных электрических цепей постоянного тока. Первый закон Кирхгоффа. Значение сопротивления резисторов. Составление баланса мощностей. Расчет линейных электрических однофазных цепей переменного тока. Уравнение гармонических колебаний.
реферат [360,6 K], добавлен 18.05.2014Определение напряжения на нагрузки и токи во всех ветвях цепи методом узловых напряжений. Проверка соблюдения второго и третьего законов Кирхгофа для каждого контура схемы. Составление баланса мощностей источников и потребителей электрической энергии.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 07.11.2013Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока, однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока. Переходные процессы в электрических цепях. Комплектующие персонального компьютера.
курсовая работа [393,3 K], добавлен 10.01.2016
