7078

Изучение и компьютерное моделирование переходных процессов, возникающих при коммутациях в цепях первого порядка

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

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 зависим...

Русский

2013-01-14

121 KB

12 чел.

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.

Переходные процессы в -цепях

Рис.1 RC-схема заряда емкости

Таблица 1

Заряд емкости

uC(0+), В

uC пр, В

τ, мс

tпп, мс

Е=5В

R=500 Ом

С=0,25 мкФ

0

5

0,125

0,6

Е=5В

R=500 Ом

С=0,125 мкФ

0

5

62,5·10-3

300·10-3

                     t, мс                                                                            t, мкс

Продолжение табл. 1

iC(0+),мA

iC пр,мA

τ, мс

tпп, мс

Е=5В

R=500 Ом

С=0,25 мкФ

10

0

0,125

0,6

Е=5В

R=500 Ом

С=0,125 мкФ

10

0

62,5·10-3

300·10-3

                                    t, мс                                                                       t, мкс

                               

Постоянная времени  для RC–цепи вычисляется как .   

Проанализировав формулы и графики, видим, что напряжение заряда конденсатора нарастает плавно по экспоненте от 0 до напряжения источника U, а ток заряда изменяется в момент коммутации скачком до значения .

Рис.2. RC-схема разряда емкости

Таблица 2

Разряд емкости

uC(0+),В

uC пр

τ, мс

tпп, мс

Е=5В

R=500 Ом

С=0,25 мкФ

5

0

0,125

0,6

Е=5В

R=500 Ом

С=0,125 мкФ

5

0

62,5·10-3

300·10-3

                                    t, мс                                                                       t, мкс

Продолжение табл. 2

iC(0+),мA

iC пр,мA

τ, мс

tпп, мс

Е=5В

R=500 Ом

С=0,25 мкФ

-10

0

0,125

0,6

Е=5В

R=500 Ом

С=0,125 мкФ

-10

0

62,5·10-3

300·10-3

                                    t, мс                                                                       t, мкс

Постоянная времени для RC–цепи вычисляется как .   

 

По графикам тока и напряжения разряда конденсатора видно, что напряжение разряда снижается по экспоненте от  до 0, а ток разряда изменяется в момент коммутации скачком до значения   .

При расчете переходных процессов в -цепях в качестве независимой переменной выбирают uC. Затем также составляют дифференциальное уравнение для заданной -цепи, решение которого с учетом начальных условий для uC(0) и определяет закон изменения напряжения на емкости.

Знак "–" в уравнении для тока говорит о том, что ток разряда направлен противоположно опорному направлению напряжения UС в емкости.

Переходные процессы в RL-цепях

Рис.3. RL-схема при подключении к источнику

Таблица 3

RL-цепь, подключаемая к источнику

iL(0+), мA

iL пр, мA

τ, мкс

tпп, мкс

Е=5В

R=500 Ом

L=20 мГн

0

10

40

200

Е=5В

R=500 Ом

L=10 мГн

0

10

20

100

                                                                               t, мкс

Продолжение табл. 3

uL(0+),В

uL пр

τ, мкc

tпп, мкc

Е=5В

R=500 Ом

L=20 мГн

5

0

40

200

Е=5В

R=500 Ом

L=10 мГн

5

0

20

100

 t, мкс t, мкс

Постоянная времени для RL–цепи  вычисляется как  .                 

;

.

Построив графики этих процессов, мы видим, что ток нарастает плавно по экспоненте от 0 до величины U/R, а напряжение на индуктивности сначала совершает скачок до величины U, затем плавно падает до нуля, подчиняясь экспоненциальному закону.

Рис.4. RL-схема, отключаемая от источника

Таблица 4

RL-схема, отключаемая от источника

iL(0+),мA

iL пр,мA

τ,мкc

tпп,мкc

Е=5В

R=500 Ом

L=20 мГн

0

10

40

200

Е=5В

R=500 Ом

L=10 мГн

0

10

20

100

 

 t, мкс t, мкс

Продолжение табл. 4

uL(0+),В

uL пр

τ, мкс

tпп, мкс

Е=5В

R=500 Ом

L=20 мГн

5

0

40

200

Е=5В

R=500 Ом

L=10 мГн

5

0

20

100

 

 t, мкс t, мкс

Постоянная времени для RL–цепи  вычисляется как   .                 

;

.

Выводы:

Из графиков и формул следует, что изменение величины индуктивности в RC-цепях и емкости в RL-цепях меньшую сторону, приводит к уменьшению длительности переходных процессов и снижению величины постоянной времени процесса (). Чем больше , тем больше длительность переходного процесса.

То есть, изменяя величины емкостей, индуктивностей или сопротивлений, можно изменять постоянную времени переходного процесса и, тем самым, его скорость и длительность.

Переходные напряжения и токи при внезапных переключениях в цепях с одним реактивным элементов (L или С) изменяются от значения  до значения . Из теории переходных процессов известно, что эти изменения происходят по закону экспоненты, что мы и увидели на полученных графиках.

Защита:

 Задача 1.

Дана схема разряда конденсатора и значения Е=4 В и С=6 мкФ. Каким нужно выбрать  сопротивление R в цепи разряда конденсатора, чтобы через 1 мс после отключения цепи напряжение на конденсаторе уменьшилось в е раз.

Решение:

Используем для определения R формулу:

В данном случае степень е должна быть равна «-1» при t =1 мс. Отсюда: R =166,7 Ом. Тогда:

t = 1 мс     и       .

 Задача 2.

Дана схема заряда конденсатора и значения R=350 Ом и С=4 мкФ. Задать значение ЭДС, при которой скачок тока через конденсатор в момент его подключения будет равен 1 мА.

Решение:

Воспользуемся формулой:

t = 0

 

Задача 3. 

Дана RL–схема, подключаемая к источнику, график тока в индуктивности и значения Е=4 В, R=310 Ом, и L=8 мГн. Изменить величину индуктивности так, чтобы длительность переходного процесса стала меньше.

Решение:

При уменьшении величины индуктивности в RL–схемах происходит уменьшение длительности переходного процесса, следовательно, при любом значении L < 8 мГн длительность переходного процесса станет меньше.


E

C

R

E

C

R

E

L

R

E

R

R

L


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

28320. Объекты гражданских правоотношений: понятие, виды 14.94 KB
  Статья 128 содержит перечень таких объектов: а вещи включая деньги и ЦБ иное имущество в том числе имущественные права; б работы и услуги; в информация; г результаты интеллектуальной деятельности и исключительные права на них интеллектуальная собственность; д нематериальные блага. Общеизвестно что объектом правового регулирования может выступать поведение деятельность людей а вещи и иные материальные и нематериальные блага составляют объект соответствующих действий субъектов ПО. Виды объектов ГПО: а К материальным благам...
28321. Вещи: понятие, сравнительная характеристика с имуществом, классификация 15.8 KB
  Вещи: понятие сравнительная характеристика с имуществом классификация. Вещи являются результатами труда имеющие в силу этого определенную экономическую ценность. Вещи становятся объектами права собственности и других вещных прав. С этой точки зрения вещи делятся на 3 группы: а вещи разрешенные в обороте свободное обращение без специального разрешения публичной власти; б вещи ограниченные в обороте могут принадлежать только определенным участникам оборота оружие либо находится в обороте по специальному разрешению валютные...
28322. Понятие, виды и особенности правового режима ценных бумаг 16.33 KB
  Если бы право могло быть осуществлено беспрепятственно без бумаги то ему незачем было искать воплощение в бумаге. К ценным бумагам относятся: государственная облигация; облигация; вексель; чек; депозитный и сберегательный сертификаты; банковская сберегательная книжка на предъявителя; коносамент; акция; приватизационные ценные бумаги и другие документы которые законами о ценных бумагах или в установленном ими порядке отнесены к числу ценных бумаг. Ценные бумаги могут быть классифицированы по различным признакам. Так по содержанию...
28323. Сделки: понятие, признаки, виды 20.42 KB
  Сделки акты осознанных целенаправленных волевых действий физических и юридических лиц совершая которые они стремятся к достижению определенных правовых последствий. Сущность сделки составляют воля и волеизъявление сторон. Волеизъявление важнейший элемент сделки с которым как правило связываются юридические последствия. Признаки сделки: 1.
28324. Условия действительности сделок. Последствия признания сделок недействительными 16.85 KB
  Действительность сделки означает признание за ней качеств юридического факта порождающего тот правовой результат к которому стремились субъекты сделки. Действительность сделки определяется законодательством посредством следующей системы условий: законность содержания; способность физических и юридических лиц совершающих ее к участию в сделке; соответствие воли и волеизъявления; соблюдение формы сделки. Законность содержания сделки означает ее соответствие требованиям законодательства. Законность содержания сделки предполагает ее...
28325. Недействительность сделок: понятие, виды, последствия 22.11 KB
  Недействительность сделки означает что она не влечет юридических последствий на достижение которых была направлена но в то же время порождает последствия установленные законом в связи с ее не действительностью. ГК РФ подразделяет недействительные сделки на ничтожные и оспоримые. В теории гражданского права такие сделки называются абсолютно недействительными. Ничтожные сделки не влекут возникновения изменения или прекращения гражданских прав и обязанностей на которые они были направлены.
28326. Осуществление гражданских прав и исполнение обязанностей: понятие, принципы и способы осуществления 15.41 KB
  Под осуществлением гражданского права понимается совершение действий по реализации возможностей заложенных в содержании субъективного права. Содержание границы того или иного субъективного права определяются нормативными актами или договорами например согласно статье 209 ГК РФ содержание права собственности составляет возможность владеть пользоваться и распоряжаться вещью. 9 ГК РФ граждане и юридические лица осуществляют принадлежащие им гражданские права по своему усмотрению принцип диспозитивности. Носитель субъективного права...
28327. Пределы осуществления субъективных гражданских прав. Злоупотребление правом 13.92 KB
  Пределы осуществления субъективных гражданских прав. Злоупотребление правом. Пределы осуществления субъективных гражданских прав ОСГП это законодательно очерченные границы деятельности управомоченных лиц по реализации возможностей составляющих содержание данных прав. Пределы ОСГП: а осуществление субъективных гражданских прав е имеет временные границы т.
28328. Представительство по гражданскому праву: понятие, виды, основания возникновения 16.43 KB
  Представительство отношение в соответствии с которым сделка совершенная одним лицом представителем от имени другого лица представляемого в силу полномочия основанного на доверенности указании закона либо акта уполномоченного на то органа государственного местного самоуправления непосредственно создает изменяет и прекращает гражданские права и обязанности представляемого ст. Представитель это лицо юридическими действиями которого приобретаются изменяются или прекращаются права и обязанности для представляемого по отношению...