5053

Переходные процессы в цепях с одним реактивным элементом

Лабораторная работа

Энергетика

Переходные процессы в цепях с одним реактивным элементом Цель работы Изучение и компьютерное моделирование переходных процессов, возникающих при коммутациях в цепях первого порядка, содержащих сопротивление и емкость либо сопротивление и индуктив...

Русский

2012-12-02

740 KB

21 чел.

Переходные процессы в цепях с одним реактивным элементом

1. Цель работы

Изучение и компьютерное моделирование переходных процессов, возникающих при коммутациях в цепях первого порядка, содержащих сопротивление и емкость либо сопротивление и индуктивность. В лабораторной работе необходимо исследовать зависимости напряжения uC(t) и тока iC(t) в емкости в RC-цепи при заряде и разряде конденсатора, а также зависимости тока iL(t) и напряжения uL(t) на индуктивности при подключении и отключении источника постоянного напряжения.

  1.  Выполнение работы

Для выполнения данной работы воспользуемся программой "Тренажерные блоки" строка "Т-49 : Т-51 Переходные процессы в цепях с линейными реактивными элементами". В "Основном меню" строка "Самообучение". Выберем в меню Переходные процессы" строку "в RC-цепи (заряд емкости)", "напряжение на емкости".

2.1 Исследуем переходный процесс заряда ёмкости (Рис.1).

Введём значение ЭДС Е=5В, сопротивления R=500 Ом, емкости С=0,25 мкФ.

По графику uC(t) (Рис.2) определяем значение напряжения на емкости uC(0+) в момент времени t=0 и принужденную составляющую uCпр, а также значения постоянной времени τ и времени переходного процесса  при заряде конденсатора. Данные анализа заносим в таблицу 1.

Уменьшим емкость С в 2 раза, оставив Е и R неизменными. По новому графику uC(t) определим uC(0), uCпр, τ, tпп и занести их значения в таблицу 1.

Рис.1

Рис.2

В меню "Переходные процессы" снова выберем первую строку "в RC-цепи (заряд емкости)"; далее строку "ток в емкости".

Введём значение ЭДС Е=5В, сопротивления R=500 Ом, емкости С=0,25 мкФ.

По графику IC(t)  (Рис.3) определяем значение тока IC(0+) в момент времени t=0 и принужденную составляющую ICпр, а также значения постоянной времени τ и времени переходного процесса  при заряде конденсатора. Данные анализа заносим в таблицу 1.

Уменьшим емкость С в 2 раза, оставив Е и R неизменными. По новому графику IC(t) определим IC(0), ICпр, τ, tпп и занесём их значения в таблицу 1.

Рис.3

Заряд емкости                                                                                   Таблица 1

В

В

Т

мкС

мС

Е=5В

R=500 Ом

С=0,25 мкф

0

5

125

0,5

Е=5В

R=500 Ом

С=0,125 мкф

0

5

62,5

0,25

мА

мА

Т

мкС

мС

Е=5В

R=500 Ом

С=0,25 мкф

10

0

125

0,5

Е=5В

R=500 Ом

С=0,125 мкф

10

0

62,5

0,25

В следствие уменьшения ёмкости конденсатора в 2 раза, уменьшается постоянная времени Т (тоже в 2 раза.  ). Соответственно  уменьшается и .  (Одинаково относится как к напряжению заряда  , так и к зарядному току ).

2.2 Исследуем переходный процесс разряда ёмкости  (Рис.4).

Введём значение ЭДС Е=5В, сопротивления R2=500 Ом, емкости С=0,25 мкФ.

Рис.4

По графику uC(t) (Рис.5) определяем значение напряжения на емкости uC(0+) в момент времени t=0 и принужденную составляющую uCпр, а также значения постоянной времени τ и времени переходного процесса  при разряде конденсатора. Данные анализа заносим в таблицу 2.

Уменьшим емкость С в 2 раза, оставив Е и R неизменными. По новому графику uC(t) определить uC(0), uCпр, τ, tпп и занести их значения в таблицу 2.

Рис.5

Разряд емкости                                                                                   Таблица 2

В

В

Т

мкС

мС

Е=5В

R=500 Ом

С=0,25 мкф

5

0

125

0,5

Е=5В

R=500 Ом

С=0,125 мкф

5

0

62,5

0,25

мА

мА

Т

мкС

мС

Е=5В

R=500 Ом

С=0,25 мкф

-10

0

125

0,5

Е=5В

R=500 Ом

С=0,125 мкф

-10

0

62,5

0,25

В меню "Переходные процессы" выберем строку "в RC-цепи (разряд емкости)"; далее строку "ток в емкости".

Введём значение ЭДС Е=5В, сопротивления R=500 Ом, емкости С=0,25 мкФ.

По графику IC(t)  (Рис.6)определяем значение тока IC(0+) в момент времени t=0 и принужденную составляющую ICпр, а также значения постоянной времени τ и времени переходного процесса  при разряде конденсатора. Данные анализа заносим в таблицу 2.

Уменьшим емкость С в 2 раза, оставив Е и R неизменными. По новому графику IC(t) определим IC(0), ICпр, τ, tпп и занесём их значения в таблицу 2.

Рис.6

В следствии уменьшения ёмкости конденсатора в 2 раза, уменьшается постоянная времени Т (тоже в 2 раза.  ). Соответственно  уменьшается и .  (Одинаково относится как к напряжению разряда  , так и к раззрядному току ).Ток разряда направлен противоположно к зарядному.

                                                   

2.3  Исследуем переходный процесс подключение индуктивности к источнику  (Рис.7).

Выберем в меню Переходные процессы" строку "в RL-цепи (подключение к источнику)", "ток в индуктивности". Схема Рис.7.

Рис.7

Введём значение ЭДС Е=5В, сопротивления R=500 Ом, индуктивности L=20 мГн

Рис.8

По графику iL(t) (Рис.8) определяем значение тока в индуктивности iL(0) при t=0 и принужденную составляющую iLпр, а также значения постоянной времени τ и времени переходного процесса . Данные анализа заносим в таблицу 3.

Уменьшим в индуктивность Lв 2 раза, оставив Е и R неизменными. По новому графику (Рис.8)  iL(t) определить iL(0), iLпр, τ, tпп и заносим их значения в таблицу 3.

Уменьшить индуктивность в 2 раза, оставив Е и R неизменными. По новому графику iL(t) определить iL(0), iLпр, τ, tпп и занести их значения в таблицу 3.

Выберем в меню Переходные процессы" строку "в RL-цепи (подключение к источнику)", " напряжение на индуктивности".

Введём значения Е=5В, R=500 Ом, L=20 мГн.

Рис.9

По графику uL(t), (Рис.9) определим значение напряжения на индуктивности uL(0) в момент времени t=0, принужденную составляющую uLпр, постоянную времени τ и время переходного процесса tпп. Занесём их значения в таблицу 3.

Уменьшим в индуктивность L в 2 раза, оставив Е и R неизменными. По новому графику (Рис.8)  UL(t) определить UL(0), ULпр, τ, tпп и заносим их значения в таблицу 3.

RL-цепь, подключаемая к источнику                                             Таблица 3

мА

мА

Т

мкС

мкС

Е=5В

R=500 Ом

L=20 мГн

0

10

40

170

Е=5В

R=500 Ом

L=10 мГн

0

10

20

85

В

В

Т

мкС

мкС

Е=5В

R=500 Ом

L=20 мГн

5

0

40

170

Е=5В

R=500 Ом

L=10 мГн

5

0

         20

85

В следствии уменьшения индуктивности в 2 раза, уменьшается постоянная времени Т (тоже в 2 раза.  ). Соответственно  уменьшается и .  (Одинаково относится как к напряжению  , так и к току ).   По закону коммутации:= =0

2.4  Исследуем переходный процесс отключение индуктивности от источника  (Рис.10).

Выберем в меню Переходные процессы" строку "в RL-цепи (отключение  индуктивности от источника)", "ток в индуктивности".Схема Рис10.

Рис.10

Введём значение ЭДС Е=5В, сопротивления R=500 Ом, индуктивности L=20 мГн.

Рис.11

По графику iL(t) (Рис.11) определяем значение тока в индуктивности iL(0) при t=0 и принужденную составляющую iLпр, а также значения постоянной времени τ и времени переходного процесса . Данные анализа заносим в таблицу 4.

Уменьшим индуктивность L в 2 раза, оставив Е и R неизменными. По новому графику (Рис.11)  iL(t) определим iL(0), iLпр, τ, tпп и заносим их значения в          таблицу 4.

Выберем в меню Переходные процессы" строку "в RL-цепи (отключение от источника)", " напряжение на индуктивности".

Введём значения Е=5В, R=500 Ом, L=20 мГн.

Рис.12

По графику uL(t), (Рис.12) определим значение напряжения на индуктивности uL(0) в момент времени t=0, принужденную составляющую uLпр, постоянную времени τ и время переходного процесса tпп. Занесём их значения в таблицу 4.

Уменьшим в индуктивность Lв 2 раза, оставив Е и R неизменными. По новому графику (Рис.12)  UL(t) определим UL(0), ULпр, τ, tпп и заносим их значения в таблицу 4.

RL-цепь, отключаемая от источника                                             Таблица 4

мА

мА

Т

мкС

мкС

Е=5В

R=500 Ом

L=20 мГн

10

0

40

170

Е=5В

R=500 Ом

L=10 мГн

10

0

20

85

В

В

Т

мкС

мкС

Е=5В

R=500 Ом

L=20 мГн

-5

0

40

170

Е=5В

R=500 Ом

L=10 мГн

-5

0

20

85

В следствии уменьшения индуктивности в 2 раза, уменьшается постоянная времени Т (тоже в 2 раза.  ). Соответственно  уменьшается и .  (Одинаково относится как к напряжению  , так и к току ).   

Вывод:  В результате выполнения лабораторной работы я изучил и смоделировал на компьютерном тренажёре  переходные процессы, возникающие при коммутациях в цепях первого порядка, содержащих сопротивление и емкость либо сопротивление и индуктивность. В лабораторной работе исследована зависимость напряжения uC(t) и тока iC(t) в емкости в RC-цепи при заряде и разряде конденсатора, а также зависимости тока iL(t) и напряжения uL(t) на индуктивности при подключении и отключении источника постоянного напряжения.

Защита

Задача № 1.

Каким нужно выбрать сопротивление в цепи разряда конденсатора, чтобы через 1 мс после отключения цепи напряжение на конденсаторе уменьшилось в е раз.

Дано:

Решение:

Из формулы   следует, что условие  выполняется  если,

    

Т.к.    следовательно  

Ответ: 

Задача № 2.

Задайте значение ЭДС, при которой скачок тока через конденсатор в момент его подключения будет равен 1мА.

Дано:

Решение:

Воспользуемся формулой  

Т.к.

По условию:     

следовательно   

Ответ:  

Задача № 3.

Изменить величину индуктивности так, чтобы длительность переходного процесса стала меньше.

Дано:

                        

Решение:

Воспользуемся формулой

При условии, что , получим  

Предположим, что длительность переходного процесса стала меньше в два раза:

т.е.  

т.к.

для нахождения L2 воспользуемся формулой , следовательно:

Ответ: Чтобы длительность переходного процесса уменьшилась, необходимо уменьшить индуктивность катушки.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63266. Слов’яни під час Великого переселення народів 21.63 KB
  Мета. Показати напрямки розселення словян, розглянути різні наукові підходи до визначення витоків українського народу. Очікувані результати. Після цього уроку учні зможуть: називати час Великого переселення народів, вторгнення готів, гунів, народи, що населяли територію України...
63267. Урок узагальнення з теми «Давні слов’яни та їхні сусіди» 18.19 KB
  Мета. систематизувати та узагальнити знання, здобуті учнями впродовж вивчення теми, удосконалити навички роботи в групі, надати учням можливість висловлювати власне ставлення до проблем, що розглядаються.
63268. Оцінювання навчальних досягнень учнів із тем «Пізня Римська імперія» та «Давні слов’яни та їхні сусіди» 20.37 KB
  Мета: оцінити навчальні досягнення учнів за результатами вивчення тем шляхом проведення гри «Брейн-ринг», підвищити пізнавальну активність шестикласників у вивченні історії стародавнього світу.
63272. Урок доброты 18.76 KB
  Аделя: Сегодня у нас с вами необычный урок урок доброты. Аделя: Итак что такое добро Где вы его встречали Дети отвечают Аделя: Да это все хорошее доброе красивое. Согласны Аделя: Добрые слова не лень Повторять мне трижды в день.