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

22316. Підтримка FTP-вузла 44.5 KB
  Коли ж ви встановите службу FTP File Transfer Protocol видалені користувачі зможуть працювати з файлами на вашому FTPсервері. Вживання FTP відкриває видаленим користувачам доступ тільки до тих файлів і директорій які розташовані в структурі каталогів FTPсерверу. Установка служби FTP.
22317. Загальні відомості про Інтернет 46.5 KB
  З технічної точки зору Інтернет є об'єднанням комп'ютерів розташованих в різних країнах в одну комп'ютерну мережу. В даний час до мережі Інтернет підключені десятки мільйонів комп'ютерів користувачами яких є сотні мільйонів людей і число їх постійно росте. За допомогою комп'ютера підключеного до Інтернету можна побувати на екскурсії в Лувре або британському музеї взнати прогноз погоди вчинити покупки зробити замовлення на квиток одержати консультацію безпосередньо у фірмі Microsoft привітати друга з днем народження поспілкуватися з...
22318. Основні послуги Інтернету 87.5 KB
  Служба WWW World Wide Web система взаємозв'язаних електронних документів які зберігаються на Webсерверах. Окремі документи тут називаються Webсторінками. Одні Webсторінки містять гіперпосилання на інші Webсторінки ті у свою чергу на треті і т. Webсторінки можуть розміщуватися як на одному Webсервері так і на різних.
22319. Електронна пошта 46.5 KB
  Також як і в телефонних мережах клієнти комп'ютерних мереж називаються абонентами. Для кожного абонента на одному з мережних комп'ютерів виділяється область пам'яті електронний поштовий ящик. Пароль відомий тільки абоненту і мережному комп'ютеру.
22320. Визначення комп’ютерної мережі, еволюція комп’ютерних мереж, компоненти мережі, можливості мережі 66 KB
  Визначення компютерної мережі еволюція компютерних мереж компоненти мережі можливості мережі. Мережі грають величезну роль в світі комунікацій. В справжньому розділі я надам вам достатньо відомостей про мережі при цьому не обрушуючи на вас маси подробиць які вам просто не потрібні на першому етапі знайомства з мережами. Навіщо необхідні стільки книг Це зв'язано з тим що мережі це дуже могутній інструмент що дозволяє розширити можливості вашого комп'ютера.
22321. Типи локальних мереж 428 KB
  Типи локальних мереж Існує два основні типи локальних мереж: однорангові мережі і мережі клієнтсервер. Обидва типи розрізняються по тому яким чином пристрої підключені до мережі і як в ній надається доступ до ресурсів. В одноранговій мережі всі пристрої володіють однаковими правами доступу.
22322. Основні топології локальних мереж 101 KB
  Ви не повинні сприймати топологію локальної мережі як єдиний основоположний чинник. Архітектура локальної мережі про що ми детально поговоримо далі може значно обмежити потенційні можливості що надаються тією або іншою топологією. Шинна топологія також відома як або лінійної топологія ланцюжка створюється при підключенні всіх елементів мережі до одного кабелю який називається магістраллю мережі. Наприклад завантаження дуже великого файлу на один з комп'ютерів мережі може привести до ігнорування всіх інших запитів.
22323. Популярні архітектури локальних мереж 31.5 KB
  Локальні мережі Ethernet здатні передавати дані із швидкістю 10С Мбіт с стандарт 1000 Мбіт с тільки розробляється тоді як локальні мережі Token Ring 16 Мбіт с. Локальні мережі Ethernet Технологія Ethernet розроблена в 1970х роках залишається найпопулярнішою архітектурою локальних мереж. Мережі Ethernet переважно базуються на топології зірка про яку ми говорили в попередньому розділі.
22324. Устаткування для локальних мереж 62 KB
  Робочі станції і клієнти підключаються до мережі і запрошують певні служби і ресурси у інших комп'ютерів або серверів. Робочі станції повинні бути достатньо могутніми щоб легко справлятися з поставленими перед ними обчислювальними задачами але не обов'язково повинні володіти ресурсами необхідними для обслуговування інших робочих станцій підключених до мережі. Мережні адаптери необхідні для підключення робочих станцій до мережі.