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

22 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

56588. Розвиток пізнавальної компетентності в учнів 4 класу на уроках української мови. Речення 52.5 KB
  Діти пішли в ліс по гриби ось і ліс біліють молоді берези суворо стоять міцні дуби на галявинці вишикуються молоденькі осики дзвінко виспівує славка десь відстукує дятел Андрійко знайшов перший гриб Наталка побачила товстеньких боровичків...
56589. Розвиток пізнавальної компетентності в учнів 4 класу на уроках української мови. Повторення вивченого в 3-му класі 54 KB
  Через кору він проступає назовні. А тому треба берегти березу. Усе в лісі радіє, а береза плаче. Берези, з яких випускають багато соку, засихають і швидко гинуть. Таке враження, що це сльози берези. Під гарячим промінням сонця сік швидко тече по її білому тілу. Сік у берези – це те саме, що кров у людини.
56590. Як зробити навчання української мови в початковій школі цікавим для дитини 64 KB
  Такі або аналогічні запитання ставлять періодично перед собою вчителі початкових класів. Моє глибоке переконання, що саме використання віршованих правил і казок на уроках української мови, дає можливість учневі не тільки легко запам’ятати визначення, але і добре засвоїти його.
56592. Естетичний вплив мови на людину 372 KB
  Для того щоб забезпечити привабливість змісту навчання мови, належний виховний і розвивальний потенціал, намагаюся, щоб у свідомості учнів утверджувалися високо вартісні якості української мови, зокрема її естетична цінність
56593. Українська мова. Методичні вказівки 451 KB
  Мета самостійної роботи студентів двоєдина: формування самостійності як риси особистості і засвоєння знань, умінь, навиків. На молодших курсах самостійна робота з української мови ставить за мету розширення і закріплення знань і умінь, що здобуваються студентом на традиційних формах занять
56594. Використання елементів інтерактивних технологій на уроках української мови 245 KB
  Мета. Активізувати розумову діяльність учнів спрямовану на узагальнення знань навичок набутих у процесі вивчення теми Іменник як частина мови; удосконалювати орфографічні навички; розвивати мислення і здібності школярівпідвищувати культуру мовлення...
56595. ПОНЯТИЕ КАЧЕСТВА СОЦИАЛЬНО-КУЛЬТУРНЫХ УСЛУГ В ИСТОРИИ ЭКОНОМИЧЕСКИХ УЧЕНИЙ 242.5 KB
  Совокупность предприятий, учреждений, организаций, осуществляющих производство, перераспределение, сохранение и организацию потребления товаров и услуг социально-культурного назначения...