Дослідження перехідних процесів в колах із одним реактивним елементом в програмі Multislim

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одеський національний політехнічний університет

Кафедра електромеханічної інженерії

ЗВІТ

по лабораторній роботі №1М

«Дослідження перехідних процесів в колах із одним реактивним елементом в програмі MULTISIM»

Виконала студентка Каюк К. А.

Групи ЕМ-191 інститут електромеханіки

та енергоменеджменту

Керівник ст..викл. Савьолова Е. В.

Одеса 2020

1. Короткий зміст роботи

1.1 Мета роботи

- вивчити вплив параметрів кіл з одним реактивним елементом на характеристики перехідних процесів;

- засвоїти основні поняття, що використовуються при аналізі перехідних процесів;

- вміти визначати постійні часу і початкові умови;

- набути навичок реалізації кола з заданими динамічними властивостями.

1.2 Основні теоретичні положення

Перехідний процес - це електромагнітний процес переходу електричного кола від одного робочого режиму до іншого. Він виникає в моменти комутації. Таким чином перехідний процес в електричному колі - це процес зміни в часі струмів та напруг на елементах кола, які викликані комутацією. Вважають, що перехідний процес виникає у момент часу t = 0). Момент часу відразу після комутації позначають t = (0+), а момент часу безпосередньо перед комутацією t = (0-).

Необхідною умовою є наяність комутації.

Достатньою умовою є невідповідність енергії, що запасена в колі до комутації та після комутації.

Відбуваються перехідні процеси при комутаціях. Перехідні процеси відбуваються лише у колах, до складу яких входять реактивні елементи.

Комутація - стрибкоподібна зміна структури електричного кола або параметрів його елементів. Комутація - це вмикання, вимикання, перемикання елементів ланцюга, зміна параметрів елементів кола і т. п. Для більшості реальних процесів можна вважати, що комутація відбувається миттєво.

Початкові умови - це струми та напруги в елементах ланцюга у момент комутації, t = t(0+). Незалежні початкові умови - це струми в індуктивностях та напруги на ємностях у момент комутації t(0+). Залежні початкові умови - напруги і струми в інших елементах електричного кола у момент комутації t(0+). Вони визначаються з незалежних початкових умов з використанням законів Кірхгофа. Нульові початкові умови - якщо в момент комутації напруга на всіх емностях і струми в усіх індуктивностях кола дорівнюють нулю. Ненульові початкові умови - якщо хоча б в одному реактивному елементі кола незалежні початкові умови відрізняються від нуля. Розрахунок перехідних процесів базується на використанні законів комутації.

Перший закон комутації. Струм в гілці з індуктивністю не може змінюватись стрибкоподібно і в момент комутації зберігає те значення, яке було безпосередньо перед комутацією: iL (0+) = iL (0-), де iL (0+) - струм в індуктивністі відразу після комутації. iL (0-) - струм в індуктивності безпосередньо перед комутацією.

Другий закон комутації. Напруга на ємності не може змінюватись стрибкоподібно і в момент комутації зберігає те значення, яке було безпосередньо перед комутацією: uC(0+) = uC(0-), де uC(0+) - напруга на ємності відразу після комутації; uC(0-) - напруга на емності безпосередньо перед комутацією. Час перехідного процесу відраховується від моменту комутації.

Закон зміни будь-якої фізичної величини при наявності в колі перехідного процесу має вид:

де

Вільна складова залежить від виду характеристичного рівняння і його корня та має вид:

де стала інтегрування,

корінь характеристичного рівняння.

Постійна часу -- характеристика експоненціального процесу, що визначає час, через який амплітуда процесу впаде в «е» раз. постійна часу характеризує тривалість протікання перехідного процесу. Зазвичай, це той проміжок часу, протягом якого вихідна реакція схеми на вхідний одиничний стрибок досягає (1-1/e) від свого кінцевого значення, що становить приблизно 63,2% та пов'язана з граничною частотою, або з частотою пропускання фільтрів низьких та високих частот.

1.3 Короткі відомості про експеримент

- згідно із варіантом завдання скласти схему в MULTISIM та встановити номінальні (задані в таблиці варіантів) параметри її елементів;

- змінюючи значення параметру вказаного в таблиці варіантів елементу від 0,5 до 1,5 від номінального значення, побудувати таблицю та графік залежності часу перехідного процесу від параметра елементу;

- за допомогою осцилографа визначити графік зміни в часі вказаної величини;

- розрахувати закон зміни вказаної величини та побудувати графік ії зміни у часі в тому ж самому масштабі, що й на екрані осцилографа;

- зробити висновки по роботі.

2. Принципова схема досліджуваного кола

Мал. 2.1 Принципова схема досліджуваного кола

3. Перелік характеристик приладів та елементів

3.1 Functional Generator

В кожній схемі джерело постійної напруги підключається за допомогою ключа. Таке підключення можна змоделювати за допомогою генератора напруги прямокутної форми. В MULTISIM в якості такого генератора слід використовувати функціональний генератор «Functional Generator» (мал. 3.1), піктограма якого розташована на панелі приладів з правого боку екрана.

Мал 2

Мал. 3.1 Функціональний генератор «Functional Generator»

Вікно властивостей можна відкрити, клацнувши правою кнопкою миші на зображенні генератору а вибравши пункт «Properties» у спливаючому вікні.

Генератор повинен підключатися до схеми затискачами «+» та «-», відповідно до полярності джерела напруги на схемі.

3.2 Осцилограф (мал. 3.2)

Мал. 3.2 Функціональне вікно осцилографу

Для визначення часу перехідного процесу доцільно користуватись маркерами на екрані осцилографа, так, як це показано на мал. 3.

На цьому рисунку синій маркер «2» підведено то того місця кривої, коли струм на котушці вже перестає змінюватись та набуває усталеного значення. Як видно з рисунку, час перехідного процесу для встановлених значень параметрів елементів становить 190 uS, .

Табл. 1

Параметри елементів

4. Розрахунки до аналізу залежності часу перехідного процесу від параметра елементу R₁ = 12 ?

реактивний перехідний процес елемент

4.1 Розрахунок закону зміни в часі вказаної в таблиці варіантів величини напруги u₃ класичним методом

Розв'язок

1) Записуємо закон зміни шуканої величини:

.

2) Визначимо вимушену складову:

.

Знайдемо струм у гілці з та Е:

.

Зараз можемо обчислити напругу на резисторі після знаходження струму за формулою розкиду:

;

;

;

.

3) Визначаємо вільну складову.

Складаємо і розв'язуємо характеристичне рівняння:

Z = ;

P =

Визначаємо вид вільної складової:

.

Підставимо у рівняння відомі дані для визначення сталої інтегрування:

.

Розглянемо процес у момент часу 0:

.

В даному випадку напруга на резисторі дорівнює напрузі на джерелі:

.

A = .

Закон зміни для має вигляд:

.

5. Результати дослідження

Таблиця 5.1

Залежність часу перехідного процесу від параметра елементу R₁

Рис. 5.1 Графік залежності часу перехідного процесу від R₁

Рис. 5.2 Осцилограма зміни в часі шуканої величини

Рис. 5.3 Графіки зміни в часі шуканої величини

6. Висновки

Під час лабораторної роботи я вивчив вплив параметрів кіл з одним реактивним елементом на характеристики перехідних процесів, створила графік залежності перехідного процесу від параметру змінного елемента. Розрахував перехідний процес класичним методом і знайшов закон зміни для струму и дорівнює:. Також набула навичок аналізу кола з заданими динамічними властивостями та навчилася визначати постійні часу і початкові умови.

Размещено на Allbest.ru