Разработка алгоритма и программы расчёта электрической цепи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Работа 45 с., 12 рис., 2 табл., 3 источника.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ. ОДНОФАЗНЫЙ СИНУСОИДАЛЬНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК. РЕЗИСТОР. ЁМКОСТЬ. ИНДУКТИВНОСТЬ. РАСЧЁТ ЦЕПЕЙ. АЛГОРИТМ.

Объектом исследования является простая разветвлённая электрическая цепь.

Цель работы - создание программы по расчёту электрической цепи однофазного синусоидального тока.

В работе даны алгоритм и описание логики программы расчета заданной электрической цепи. Приведена блок-схема алгоритма, таблица идентификаторов, текст программы и полученные результаты для данной электрической цепи.

Данная программа написана на алгоритмическом языке FORTRAN. Программа может использоваться для расчетов аналогичных электрических схем.

Результаты работы программы отображаются в виде таблиц, что делает процесс анализа результатов расчета крайне простым.



Введение

Развитие различных областей науки и техники во многом вызвано использованием электронных вычислительных машин (ЭВМ), в особенности, цифровой вычислительной техники. Это выдвигает на одно из первых мест задачу подготовки грамотных в области компьютерной техники специалистов, поскольку в своей профессиональной деятельности инженер должен иметь не только представление о практическом использовании ЭВМ, но и уметь применять их при решении разнообразных технических, экономических и научных задач.

В настоящее время одним из главных путей повышения эффективности проектно-конструкторских работ в промышленности и сельском хозяйстве является автоматизация проектирования на основе применения вычислительной техники. Поиск оптимальных решений при работе с компьютером позволяет оперативно получать сведения о текущих результатах и вносить необходимые коррективы, осуществлять целенаправленный переход от одного метода решения задачи к другому, изменять параметры электрической цепи, точность решения и др.



1. Постановка задачи

Задание предусматривает расчёт электрической цепи, к которой приложено синусоидальное напряжение, построение графиков по результатам расчёта, а также разработка подпрограммы вычисления определённого интеграла методом прямоугольников, трапеций и Симпсона для расчёта действующих значений токов в ветвях и напряжений на элементах схемы.

Данные для расчёта (схема 4, вариант №7) приведены в таблице 1.

Таблица 1 Исходные данные

R1	R2	R3	R4	R5	C1	C2	C3	C4	L1
Ом	Ом	Ом	Ом	Ом	мкФ	мкФ	мкФ	мкФ	мГн
22	0	190	80	400	5000	100	0	450	0
L2	L3	Um	F	Q	Q1	Q2
мГн	мГн	В	Гц
28	14	240	70	R4	80	8

Рисунок 1 Расчётная схема электрической цепи



2. Методика расчёта электрической цепи

Определим параметры элементов электрической схемы:

Индуктивное сопротивление катушки L2:

(1)

Индуктивное сопротивление катушки L3:

. (2)

Ёмкостное сопротивление конденсатора C1:

(3)

Ёмкостное сопротивление конденсатора C2:

(4)

Ёмкостное сопротивление конденсатора C4:

(5)

Рассчитываем сопротивления отдельных участков схемы.

Сопротивление участка 1:

(6)

Сопротивление участка 2:

(7)

Сопротивление участка 3:

(8)

Сопротивление участка BC:

(9)

Сопротивление участка AD:

(10)

Рассчитываем амплитудные значения токов и напряжений участков схемы.

Амплитудное значение тока на участке AD:

(11)

Амплитудное значение напряжения на участке BC:

(12)

Амплитудное значение тока участка 1:

(13)

Амплитудное значение тока участка 2:

(14)

Амплитудное значение тока участка 3:

(15)

Углы сдвига фаз между током и напряжением в цепи вычисляются по формуле:

(16)

Закон изменения тока в электрической цепи и её ветвях имеет вид:

(17)

Закон изменения напряжения на зажимах AD:

(18)

Действующие значения токов в цепи и её ветвях находим по формуле:

(19)

Действующие значения напряжений в цепи и её ветвях находим по формуле:

(20)

электрический катушка ток



3. Описание алгоритма

3.1 Описание алгоритма главной программы

Описание массивов и переменных.

Ввод исходных данных с файла vvod.txt.

Подготовительные расчёты (вычисление значения р, приведение значений L и С к расчётному виду).

Приведение сопротивлений и напряжений к комплексному виду.

Вычисление полного сопротивления электрической цепи в соответствии с выше предложенной математической моделью.

Вычисление амплитудных токов и напряжений в ветвях.

Вычисление модулей токов ветви и напряжений на отдельных элементах.

Вычисление начальных углов (сдвигов фаз).

С помощью подпрограммы Instant находим требуемые мгновенные токи и напряжения схемы.

По полученным значениям мгновенных токов и напряжений строим в EXCEL графики их изменения во времени.

Выводим рассчитанные мгновенные токи и напряжения в файл rezult.txt в виде таблицы.

С помощью подпрограмм ActingRec, ActingTrap, ActingSimp рассчитываем действующие значения токов и напряжений и выводим их в файл rezult.txt в виде таблицы.

Считаем с помощью подпрограммы ActingSimp действующие значения токов и напряжений на конденсаторе C2 и катушке индуктивности L2 при изменяющемся параметре R4 от Q1 до Q2.



3.2 Описание алгоритма подпрограммы Instant

Вводим исходные данные.

Считаем требуемый мгновенный ток или напряжение.

Возвращаемся в головную программу на 1 строку ниже места вызова подпрограммы.

3.3 Описание алгоритма подпрограммы ActingRec

Описание переменных.

Очистка ячейки, где будут накапливаться значения.

Вычисление суммы квадратов массива z начиная с первого и заканчивая n-ым элементом.

Возврат в точку вызова.

3.4 Описание алгоритма подпрограммы ActingTrap

Описание переменных.

Очистка ячейки, где будут накапливаться значения.

Вычисление суммы квадратов tk начиная со второго и заканчивая n-1 элементом.

Вычисление значения определённого интеграла.

Конец (возврат в точку вызова).

3.5 Описание алгоритма подпрограммы ActingSimp

Описание переменных.

Очистка ячеек, где будут накапливаться значения.

Вычисление суммы квадратов tk1 начиная с первого и заканчивая n-ым элементом.

Вычисление суммы квадратов tk2 начиная с первого и заканчивая n-1 элементом.

Вычисление значения определённого интеграла.

Конец (возврат в точку вызова).



4. Таблица идентификаторов

Все обозначения параметров приведены в таблице 2.

Таблица 2 Таблица идентификаторов

Символ	Параметр
Z1 Z2 Z3 Zbc Z Fi FiZ1 FiZ2 FiZ3 UmAD ImAD UmBC Im1 Im2	Сопротивление верхней ветви Сопротивление средней ветви Сопротивление нижней ветви Сопротивление участка BC Эквивалентное сопротивление Угол сдвига фаз на участке AD Угол сдвига фаз на верхней ветви Угол сдвига фаз на средней ветви Угол сдвига фаз на нижней ветви Амплитудное напряжение на зажимах AD Амплитудный ток на зажимах AD Амплитудное напряжение на зажимах BC Амплитудный ток в верхней ветви Амплитудный ток в средней ветви
Im3 iAD i1 i2 i3 dt id id1 id2 id3 uADpr uADtr uADsm UmC2 UmL2	Амплитудный ток в нижней ветви Мгновенный ток на зажимах AD Мгновенный ток в верхней ветви Мгновенный ток в средней ветви Мгновенный ток в нижней ветви Шаг цикла в мгновенных токах Действительное значение тока на зажимах AD Действительный ток в верхней ветви Действительный ток в средней ветви Действительный ток в нижней ветви Действ. значение на зажимах AD методом Прямоугольников Действ. значение на зажимах AD методом Трапеций Действ. значение на зажимах AD методом Симпсона Амплитудное напряжение на конденсаторе C2 Амплитудное значение на индуктивности L2
FiC2 FiL2 UC2 UL2 udC2 udL2 ImC2 ImL2 idC2 idL2	Угол сдвига фаз на конденсаторе C2 Угол сдвига фаз на индуктивности L2 Мгновенное напряжение на конденсаторе C2 Мгновенно напряжение на индуктивности L2 Действующее значение напряжения на конденсаторе C2 Действующее значение напряжения на индуктивности L2 Амплитудный ток на конденсаторе C2 Амплитудный ток на индуктивности L2 Действующее значение тока на конденсаторе C2 Действующее значение тока на индуктивности L2



5. Блок-схема программы

5.1 Блок-схема головной программы



5.2 Блок-схема подпрограммы ActingRec

5.3 Блок-схема подпрограммы Instant

5.4 Блок-схема подпрограммы ActingTrap



5.5 Блок-схема подпрограммы ActingSimp



6. Анализ ошибок

В процессе отладки программы был выявлен ряд синтаксических ошибок, которые были исправлены путём внесения в программу необходимых исправлений и изменений.



Заключение

В ходе выполнения работы была составлена программа расчета электрической цепи на языке ФОРТРАН, отлажена на ЭВМ, получены результаты решения в виде таблиц и графиков.

В процессе программирования разработана подпрограмма расчета действующих значений синусоидальных величин токов и напряжений по их мгновенным значениям.

Составленная программа может быть использована для исследования параметров идентичной электрической цепи. Такое ограниченное использование является недостатком данной программы.

В целом выполнение курсовой работы позволило углубить знания по программированию на языке ФОРТРАН.



Список использованных источников

1 Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 1-43 01 01 «Электрические станции»./Булат В.А., Дерюгина Е.А., Климкович П.И. - Минск: БНТУ, 2007.

2 Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. М.: Высшая школа, 1978.

3 Павловец, В.В. Информатика: программирование на Фортране. - Минск: Асконто, 2006.

Размещено на Allbest.ru

...