 |
Исследование цепей постоянного тока в переходном режиме
|
|
|
|
6.1. Установка начальных параметров. Если схема имеет нулевые начальные условия, то можно специально их не указывать. Если начальные условия не нулевые, то необходимо указать их следующим образом.
Открыть закладку Текст. Записать каждое начальное не нулевое значение в отдельную строку. Например, в схеме имеется ёмкость с начальным напряжением 5В и индуктивность с начальным током 0.1А. Запись должна быть выполнена следующим образом:
.IC V(1)=6 V(2)=1
.IC I(L1)=0.1
Здесь IC – аббревиатура начальных условий.
Примечание. Программа Микрокап производит расчёты методом узловых потенциалов. Поэтому необходимо знать узлы подключения ёмкостей и указывать начальные потенциалы узлов, к которым подключена ёмкость. Если второй вывод конденсатора подключён к земле, то нулевой потенциал не указывается.
Вернуться к основной закладке.
6.2. Исследование модели.
6.2.1. Задайте команду Анализ \ Переходные процессы (Analysis \ Transient…).
После всплывания меню переходных процессов в соответствующих окнах задать:
1) в верхнем окне Время счёта установить желательное время расчёта процесса в секундах, миллисекундах и т.д.,
2) в нижних окнах Построение кривых установить: лист - 1,: Х-переменная - Т (время), У-переменная – исследуемая величина, например, I(R1) – ток в цепи, Х-диапазон – Авто, У-диапазон –Авто.
6.2.3. Запустите программу на предварительное выполнение, нажав кнопку Пуск.
6.2.4. Проанализируйте полученную кривую на предмет уточнений выбранных диапазонов и направления тока.
Корректировка графика.
6.3.1. Если исследователя не устраивает направление кривой и он хочет зеркально отобразить её относительно оси времени, то необходимо закрыть расчёт (щёлкнуть по второму справа сверху кресту). В появившемся окне необходимо повернуть исследуемый элемент на 180 градусов. После чего вновь запустить программу расчёта переходных процессов. Во вновь открывшемся меню сменить на Авто У-диапазон. Запустить программу на выполнение, нажав кнопку Пуск.
|
|
|
6.3.2. Если исследователя не устраивают автоматически выбранные диапазоны, необходимо сделать два щелчка на поле графика. В открывшемся меню выбрать закладку Масштабы, и внести желательные границы диапазонов, линии градуировки и т.д. По окончании корректировки диапазонов щёлкнуть по кнопкам Применить и Готово.
Если кривая тока вновь не устраивает – повторить выбор, если устраивает - скопировать график в протокол.
Вывод графиков разноимённых величин.
Вывод графиков разноимённых величин (например, тока и напряжения) на одном графике вследствие разных масштабов не удобен. Поэтому возможны два способа действий.
Первый. Выйти из программы расчёта тока и вновь запустить программу расчёта для получения кривых другого наименования.
В первом случае каждый из графиков рассчитывается и выводится по очереди на отдельном листе.
Второй. в нижних окнах Построение кривых установить: лист 1 для одного типа переменных, лист 2 – для другого типа переменных, или переменных того же типа, но другого масштаба.
Во втором случае графики выполняются одновременно, на едином листе, но разнесёнными на две части. Площадь каждого графика при этом уменьшается в два раза.
6.5. Выход из программы. Щелкнуть по кнопкам Переходные \ Выход основного меню.
Исследование частотных характеристик цепи
7.1. Задайте команду Анализ \ Переменный ток (Analysis \ АC).
7.2. После всплывания меню переходных процессов в соответствующих окнах задать:
1) в верхнем окне Диапазон частот установить верхнее значение частоты и, через запятую, нижнее значение частоты;
2) в нижних окнах Построение кривых установить:
|
|
|
лист - 1,: Х-переменная - F (частота), У-переменная амплитуды сигнала напряжения или тока, например, для напряжения в узле 5 – mag(V(5)) или тока mag(I(R1)), Х-диапазон – Авто, У-диапазон –Авто;
лист2, Х-переменная - F (частота), У-переменная фаза сигнала напряжения или тока, например, для напряжения в узле 5 – ph(V(5)) или тока ph(I(R1)), Х-диапазон – Авто, У-диапазон –Авто;
7.3. Запустите программу на предварительное выполнение, нажав кнопку Пуск.
7.4. Для возврата к схеме щёлкните по кнопкам основного меню Переменный ток \ Выход.
Выход из программы
Щелкнуть по верхнему правому кресту. Далее отвечать Да или Нет на все запросы программы.
Лабораторная работа № 1
Исследование линейных цепей постоянного тока
Цель работы:
виртуально: проверка принципа наложения, принципа взаимности, метода эквивалентного генератора; исследование характеристик составного источника эдс;
аналитически: расчёт простейших цепей, сопоставление результатов модельного зксперимента и аналитического расчёта, формулировка выводов по работе.
Основы теории
При изучении теории обратить внимание на следующее.
Согласно принципу наложения токи во всех ветвях (и потенциалы во всех узлах) сложной цепи, содержащей несколько источников, могут быть рассчитаны как сумма токов (потенциалов), созданных каждым из источников, действующим в данной сложной цепи в отдельности.
Принцип взаимности означает, что любая сколь угодно сложная пассивная линейная цепь ведёт себя одинаково относительно двух любых её ветвей. В частности, если в первую ветвь включить некоторый источник эдс и измерить ток во второй ветви, то точно такой же ток получится в первой ветви, если источник эдс перенести во вторую ветвь.
Метод эквивалентного генератора нашёл применение при выполнении однотипных расчётов, когда в сложной цепи изменяется только параметр исследуемого элемента 
. Согласно указанному методу достаточно только один раз рассчитать сложную схему, образующуюся после исключения из неё элемента с переменными параметрами. В результате расчёта изменённой схемы определяются напряжение на оставшихся выводах исключённого элемента 
и сопротивление изменённой схемы относительно выводов исключённого элемента 
. Расчёт тока в цепи с переменным параметром элемента проводится по формуле Ома 
.
|
|
|
Внутреннее сопротивление источника снижает коэффициент полезного действия источника и ограничивает развиваемую источником мощность. Максимальное значение полезной мощности имеет место при сопротивлении нагрузки равном внутреннему сопротивлению источника. Кпд источника при этом составляет всего 50%.
На практике часто возникают ситуации, когда мощности одного источника не достаточно для нормального режима работы цепей. Тогда применяют составные источники с параллельным или последовательным включением в цепь каждого из них. Необходимо обратить внимание на то, что при малых значениях тока нагрузки (тем более при отсутствии полезной нагрузки) и разных значениях эдс отдельных параллельно включенных источников, между источниками протекает уравнительный ток, величина которого определяется внутренними сопротивлениями каждого из источников. В результате действия уравнительного тока выходное напряжение составного источника принимает некоторое усреднённое значение.
Анализ сложных электрических цепей часто сопровождается построением потенциальной диаграммы – зависимости потенциалов последовательно проходимых по некоторому замкнутому контуру явных и не явных узлов от суммы пройденных сопротивлений. Исследователь произвольно выбирает узел начала обхода контура и присваивает выбранному узлу нулевой потенциал и нулевое «сопротивление». Исследователь произвольно выбирает направление обхода контура.
Далее расчёт выполняется в соответствии со следующими требованиями:
- эдс, направление которой совпадает с направлением обхода контура, учитывается со знаком плюс, а падение напряжения – со знаком минус;
- потенциал очередного узла определяется как потенциал предыдущего узла плюс эдс (падение напряжения) межузлового элемента;
- «сопротивление» очередного узла определяется как «сопротивление» предыдущего узла плюс сопротивление межузлового элемента.
|
|
|
При составлении баланса мощностей в цепи необходимо учитывать обратимость электрических источников. Источники могут как вырабатывать так и потреблять электрическую энергию. То есть они могут работать как в качестве источника, так и в качестве приёмника. Считается, что источник вырабатывает энергию (мощность положительна), если направление эдс и тока источника совпадают, источник потребляет энергию (мощность отрицательна), если направление эдс и тока противоположны.
2. Виртуальные исследования
|
|
|
