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

82256. Рациональное, объективное, истинное в социально-гуманитарных науках 28.02 KB
  Социальное познание является частным видом научного познания подчиняющимся его критериям и законам. Социальное познание неразрывно связано с предметными справедливо несправедливо добро зло субъективными установки взгляды нормы цели ценностями на основе которых осуществляется познание объекта. Таким образом социальное познание объективно так как изучение объекта общества на определенном этапе развития происходит на основе объективных критериев и законов характерных для научного познания в целом. Социальное познание рационально...
82257. Классическая и неклассическая концепция истины. Экзистенциальная истина, истина и правда 39.28 KB
  Стержень классической концепции истины принцип соответствия знания действительности. Исследования показали возможность применения классической концепции истины к любым мыслимым мирам но в этом случае она должна быть уточнена следующим образом. Для классической концепции истины характерны следующие принципы: действительность не зависит от мира знания; между нашими мыслями и действительностью можно установить однозначное соответствие; существует критерий установления соответствия мыслей действительности; сама теория соответствия...
82258. Проблемы истины в свете практичкского применения. Плюрализм и социологическое требование отсутствия монополии на истину 38.38 KB
  Так что же такое истина Имеются разные понимания истины. Вот некоторые из них: Истина это соответствие знаний действительности; Истина это опытная подтверждаемость; Истина это свойство самосогласованности знаний; Истина это полезность знания его эффективность; Истина это соглашение. Первое положение согласно которому истина есть соответствие мыслей действительности является главным в классической концепции истины.
82259. Объяснение и понимание как следствие коммуникативности науки. Природа и типы объяснений. Объяснение как функция теории и её результат 37.73 KB
  Понимание нельзя смешивать с тем что называют озарением инсайтом интуицией хотя все это есть в процессе понимания. Наряду с описанием объяснением истолкованием интерпретацией понимание относится к основным процедурам функционирования научного знания. Поэтому понимание не следует отождествлять с познанием понять значит выразить в логике понятий или смешивать с процедурой объяснения хотя они и связаны между собой.
82260. Понимание в гуманитарных науках, необходимость обращения к герминевтике как « органону наук о духе»(В.Дильтей, Г.Гадамер) 39.83 KB
  Дильтей 1833-1911 который предпринял попытку расширить герменевтику до ее понимания как общенаучной философской дисциплины. Понимание внутреннего мира осуществляется при помощи интроспекции а для понимания культуры прошлого необходима герменевтика. Два вида понимания рассуждал Дильтей отражают собой два имеющихся комплекса наук: наук о духе и наук о природе. Концепцию логических форм интерпретации Дильтей предваряет исследованием проявлений жизни и форм понимания.
82261. Объяснение и понимание в социологии, исторической, экономической и юридической науках, психологии, филологии, культурологи 33.73 KB
  Степина в качестве ведущих элементов структуры теории рассматриваются теоретические схемы представленные относительно независимо в языке содержательного описания либо в форме математических зависимостей на языке формул. Так основание физической теории составляют математический формализм первый слой фундаментальная теоретическая схема второй слой они всегда взаимообусловлены. Развитая теория строится на основе синтеза частных теоретических схем которые предстают как выводимые или конструируемые из фундаментальной теоретической схемы...
82262. Герменевтика – наука о понимании и интерпритации текста. Текст как особая реальность и «еденица» анализа социально – гуманитарного знания 37.79 KB
  Изначальная многозначность любого текста а она характерна даже для научных текстов что обыгрывается в современном постмодернизме становится в философии предметом особого направления которое обозначается как герменевтика. Внешне общая парадигма герменевтических устремлений реализуется в антисциентистском направлении но не в плане простого отказа от использования научной методологии при исследовании текста а в плане утверждения идеи о необходимости обязательного дополнения такого исследования субъективистскими компонентами. Сами тексты...
82263. Язык социально-гуманитарных наук. Языковая картина мира и «языковые игры» 34.44 KB
  проблемы природы языка принципов и законов его функционирования начинают изучаться лингвистами логиками психологами и философами. Таким образом для языкознания важными вопросами становятся вопросы семантики а также проблемы взаимосвязи языка и мышления языка и предметного мира. Так швейцарский лингвист Фердинанд де Соссюр 1857–1913 указывает на то что предметом изучения лингвистики становится имманентная реальность языка. Также проблемы языка в первую очередь выдвигаются в логике.
82264. Интерпритация как придание смысла, значения высказываниям, текстам, явлениям, событиям 40.1 KB
  Это внешняя сторона интерпретации. Выделяя к качестве предмета изучения исторического познания текст мы не должны сводить процедуру интерпретации к набору грамматических языковых игр Л. Объективный план интерпретации как операции мышления представлен с одной стороны предметом исследования а с другой операциональным или формально логическим каркасом своего рода алгоритмом системой стандартных шагов правит принципов и приемов субъекта познания в ходе познавательной деятельности. Общепризнанным каноном процесса интерпретации в...