Параметры работы электросхемы
Рисунок 1- Расчетная схема Исходные данные к проекту: U01 = 120 B; U02 = 240 B; R1 = 12 Oм; R2 = 4Ом; R3 = 11 Ом; L3 = 100 мГн; С =2,5мФ. Постоянные интегрирования и находим из начальных условий при t = 0 по законам коммутации: Принужденная составляющая напряжения на конденсаторе С определится следующим образом: Приведем выражение (1) к неоднородному дифференциальному уравнению второго порядка… Читать ещё >
Параметры работы электросхемы (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
1.Расчет параметров схемы при переходном процессе классическим методом
1.1 Расчетная схема
Рисунок 1- Расчетная схема Исходные данные к проекту: U01 = 120 B; U02 = 240 B; R1 = 12 Oм; R2 = 4Ом; R3 = 11 Ом; L3 = 100 мГн; С =2,5мФ
1.2 Определение начальных условий
До коммутации, когда t=-0 рубильник разомкнут,. Питание цепи осуществляется от источника U01. Т.к. U01= const, то, L3 = 0,, отсюда следует, что.
Поэтому
i1 (-0) = i2(-0) + i3(-0), А Так как конденсатор заряжается, то напряжение будет равно
Uc (-0) = U01 = 120, B
После коммутации, когда, t = (+0) рубильник замкнут. По первому закону коммутации: i3 (+0) = i3 (-0) = 0, А По второму закону коммутации: Uc (+0) = Uc (-0) = 120 B.
Находим i1(0) и i2(0), по второму закону Кирхгофа:
А значит
A
Итак, начальные условия:
i1 (0) = 0, A,
i2 (0) = 0, A,
i3 (0) = 0, A,
Uc (0) = 120, B.
1.3 Определение конечных условий
Рисунок 2- Расчетная схема после коммутации ток схема коммутация
После завершения переходного процесса () питание схемы осуществляется от двух источников: U01 и U02. Т.к. U01 = U02 = const, то = 0, следовательно L3=0, .
Поэтому введем обозначения:
— принужденные составляющие отметим одним штрихом;
— свободные составляющие отметим двумя штрихами.
Принужденная составляющая тока i3 (t):, А, т.к. .
Воспользуемся вторым законом Кирхгофа для нахождения принужденных составляющих токов i1 (t) и i2 (t): U01 — U02 = i1 R1 + i2 R2
отсюда
A
Принужденная составляющая напряжения на конденсаторе С определится следующим образом:
B
1.4 Составление дифференциальных уравнений для переходного процесса
Составим дифференциальные уравнения для переходного процесса согласно выбранного направления обхода Обозначим; и подставим в уравнения :
/:4
/+
/*D
/:0,1
(1)
Приведем выражение (1) к неоднородному дифференциальному уравнению второго порядка:
(2)
Уравнение (2) является неоднородным дифференциальным уравнением второго порядка. Закон изменения тока при коммутации определяется суммой свободной и принужденной составляющих:
Составим характеристическое уравнение и найдем его корни:
Поскольку корни вещественные отрицательные, значит процесс разряда конденсатора при коммутации носит апериодический затухающий характер. Закон изменения напряжения на емкости определяется суммой свободной и принужденной составляющих:
Принужденная составляющаяВ, а свободная составляющая при апериодическом затухающем разряде определяется формулой:
Постоянные интегрирования и находим из начальных условий при t = 0 по законам коммутации:
отсюда получаем:
A2 = 60 следовательно A1 = -150
i3(t) = 15e
Из схемы видно, что:
отсюда Ток i2 (t) определим по первому закону Кирхгофа:
A
1.5 Итоговые результаты решения классическим методом
В
A
2.Расчет параметров схемы при переходном процессе операторным методом
2.1Операторная схема
Рисунок 3- Операторная схема замещения
2.2 Расчет токов ветвей
При расчете переходного процесса действительные функции времени (оригиналы) заменяем их изображениями. Для определения токов ветвей воспользуемся методом контурных токов. Выбираем независимые контуры и положительные направление контурных токов:
Составим уравнение второго закона Кирхгофа для контурных токов:
Найдем Э.Д.С. контуров в изображениях, подставив значения U01 и U02 в уравнения (3) и (4):
B
B
Изображения полных сопротивлений контуров составят:
Ом
Ом
Ом Находим изображение первого контурного тока, подставив, и в уравнения (3) и (4):
/+
(5)
Находим изображение тока :
/+
(6)
Подставляем в выражение (6) значения изображений Э.Д.С. и полных сопротивлений:
/:1,6
Т.к., то, по теореме разложения
(7)
Найдем корни pк уравнения H (p):
Возьмем производную от H (p):
Далее, подставив полученные значения в выражение (7), получим ток (t):
А Аналогично находим изображение тока Подставляем в выражение (5) значения изображений Э.Д.С. и полных сопротивлений:
(8)
/:1,6
=0
Далее, подставив полученные значения в выражение (8), получим ток (t):
Ток второй ветви (t) определяем по первому закону Кирхгофа:
2.3 Итоговые результаты решения операторным методом
3.Определение точек экстремумов токов ветвей в течение времени t
Для того чтобы найти точки экстремумов, необходимые для построения графика изменения токов ветвей схемы во времени при коммутации, полученные выражения токов следует продифференцировать и прологарифмировать.
Найдем экстремум для i1(t):
с Найдем экстремум для i2(t):
Найдем экстремум для i3(t):
с Найдём экстремум для :
t=0,c
4.Определение времени переходного процесса
Время переходного процесса определяется по следующей формуле:
(9)
где — постоянная времени переходного процесса.
Для емкости и индуктивности определяется следующим образом:
Выбираем наибольшее значение и, подставив в формулу (9), находим t:
c
5.Построение графика переходного процесса
Для построения графика необходимо составить таблицу значений токов ветвей с учетом изменения их в течение времени переходного процесса t.
Таблица 1-Значения токав течение времени переходного процесса t.
t | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | ||
— 40t | — 0,4 | — 0,8 | — 1,2 | — 1,6 | — 2,0 | — 2,4 | ||
— 100t | — 1,0 | — 2,0 | — 3,0 | — 4,0 | — 5,0 | — 6,0 | ||
0,67 | 0,45 | 0,30 | 0,20 | 0,14 | 0,09 | |||
0,37 | 0,14 | 0,05 | 0,02 | 0,01 | 0,002 | |||
3,80 | 2,55 | 1,71 | 1,14 | 0,77 | 0,51 | 0,34 | ||
— 3,80 | — 1,40 | — 0,51 | — 0,19 | — 0,07 | — 0,03 | — 0,01 | ||
— 7,50 | — 6,35 | — 6,30 | — 6,55 | — 6,80 | — 7,02 | — 7,17 | ||
Таблица2-Значения тока в течение времени переходного процесса t.
t | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | ||
— 40t | — 0,4 | — 0,8 | — 1,2 | — 1,6 | — 2,0 | — 2,4 | ||
— 100t | — 1,0 | — 2,0 | — 3,0 | — 4,0 | — 5,0 | — 6,0 | ||
1,00 | 0,67 | 0,45 | 0,30 | 0,20 | 0,14 | 0,09 | ||
1,00 | 0,37 | 0,14 | 0,05 | 0,02 | 0,01 | 0,002 | ||
— 11,20 | — 7,50 | — 5,04 | — 3,36 | — 2,24 | — 1,57 | — 1,01 | ||
11,20 | 4,14 | 1,57 | 0,56 | 0,22 | 0,11 | 0,02 | ||
— 7,50 | — 10,86 | — 10,97 | — 10,30 | — 9,52 | — 8,96 | — 8,49 | ||
Таблица 3-Значения тока в течение времени переходного процесса t.
t | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | ||
— 40t | — 0,4 | — 0,8 | — 1,2 | — 1,6 | — 2,0 | — 2,4 | ||
— 100t | — 1,0 | — 2,0 | — 3,0 | — 4,0 | — 5,0 | — 6,0 | ||
1,00 | 0,67 | 0,45 | 0,30 | 0,20 | 0,14 | 0,09 | ||
1,00 | 0,37 | 0,14 | 0,05 | 0,02 | 0,01 | 0,002 | ||
15,00 | 10,05 | 6,75 | 4,50 | 3,00 | 2,10 | 1,35 | ||
— 15,00 | — 5,55 | — 2,10 | — 0,75 | — 0,30 | — 0,15 | — 0,03 | ||
4,50 | 4,65 | 3,75 | 2,70 | 1,95 | 1,32 | |||
Таблица 4-Значения напряжения в течение времени переходного процесса t.
t | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | ||
— 40t | — 0,4 | — 0,8 | — 1,2 | — 1,6 | — 2,0 | — 2,4 | ||
— 100t | — 1,0 | — 2,0 | — 3,0 | — 4,0 | — 5,0 | — 6,0 | ||
1,00 | 0,67 | 0,45 | 0,30 | 0,20 | 0,14 | 0,09 | ||
1,00 | 0,37 | 0,14 | 0,05 | 0,02 | 0,01 | 0,002 | ||
— 150,0 | — 100,5 | — 67,50 | — 45,00 | — 30,0 | — 21,0 | — 13,50 | ||
60,00 | 22,20 | 8,40 | 3,00 | 1,20 | 0,60 | 0,12 | ||
120,00 | 131,70 | 150,90 | 168,00 | 181,2 | 189,6 | 196,62 | ||