Моделирование электротехнических устройств и систем Методические указания по проведению лабораторных работ по дисциплине «Компьютерное моделирование электротехнических устройств»

Омск, 2010

УДК 62-83:621.3 (075)

ББК 31-291+31.2 я 73

К56

Рецензент:

А.С. Татевосян, к.т.н., доцент кафедры «Теоретическая и общая электротехника» Омского государственного технического университета

Компьютерное моделирование электротехнических комплексов и система Мет. указ. по пров. лаб. работ /Авторы-сост.: Ковалев Ю.З., Татевосян А.А.– с.48

В методических указаниях к выполнению лабораторных работ «Моделирование электротехнических устройств и систем» приведен набор лабораторных работ по схемотехническому моделированию в программной среде MATLAB. Приведено математическое описание электромагнитных и электромеханических процессов протекающих в электрооборудовании. Рассмотрен пример расчета режима системы электроснабжения промышленного предприятия с использованием современного программного обеспечения.

Предназначено для студентов очной, очно-заочной и заочной формы обучения по специальностям 140610 – «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» и 080801 – Прикладная информатика в электрооборудовании», а также для бакалавров по направлению 140600.62 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии».

Печатается по решению редакционно-издательского отдела ОмГТУ

УДК 62-83:621.3 (075)

ББК 31-291+31.2 я 73

© Авторы, 2010

© Омский государственный технический университет, 2010

Содержание

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. 4

АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ. 4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 7

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНОГО ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА 7

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 15

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ 15

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 28

ИССЛЕДОВАНИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 28

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5 36

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ 36

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6 40

РАСЧЕТ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 40

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 47

Лабораторная работа №1. Анализ переходных процессов в линейных электрических цепях.

Цель работы. Провести исследование линейной цепи содержащей несколько накопителей электрической энергии в программе MatLab.

Содержание работы:

• составить систему уравнений по заданной электрической цепи;

• разработать программу для расчета токов в ветвях цепи и падений напряжений на емкостных элементах;

• представить результаты расчета программы в виде графических зависимостей.

В качестве используемого программного обеспечения для решения системы уравнений используется пакет MatLab, расчет проводится с применением метода ode45 - одношаговый явный метод Рунге-Кутта 4-го (5-го) порядка [1].

Приведем пример расчета линейной электрической цепи представленной на рис. 1.1.

Порядок проведения лабораторной работы.

1. Составим систему дифференциальных уравнений:

, (1.1)

где - напряжения на емкостях, которые могут быть найдены из решения уравнений

Для того чтобы система уравнений была разрешима относительно неизвестных величин стоящих под знаком дифференциала необходимо выразить токи ветвей, не содержащих индуктивности, через искомые параметры. Для этого, используя законы Кирхгофа, составим уравнения связи (1.2) и дополним (1.1):

(1.2)

Программа m-файла для расчета системы уравнений представлена на листинге 1.1.

function dydt=f(t,y) % Объявление матрицы dydt

dydt=zeros(4,1) % инициализация заданной матрицы

U=100*sin(314*t) %{

R1=10;R2=15 %

R3=20;R4=10 % ввод параметров электрической цепи

C1=10e-6;C2=30e-6 %

L1=15e-3;L2=20e-3 % }

i2=(y(1)+y(2)+(y(3)-y(4))*R4)/(R2+R4) % {алгебраические уравнения

i3=y(3)-i2 %

i5=i3-y(4) % связи}

dydt(1)=i3/C1 %{ дифференциальные уравнения

dydt(2)=i5/C2 % для определения токов в ветвях и

dydt(3)=1/L1*(U-i2*R2-y(3)*R1) % падений напряжений на

dydt(4)=1/L2*(y(2)+i5*R4-y(4)*R3) % элементах с независимыми НУ}

end % конец программы

Листинг 1.1

Результаты расчета программы приведены на рис. 1.2.

U,В

I,А

t,c

t,c

Выводы по работе. В ходе выполнения работы составлена система алгебраически-дифференциальных уравнений, разработана программа расчета токов в ветвях и падений напряжений на емкостных элементах цепи, приведены графические зависимости законов изменения токов и напряжений от времени. В целом в лабораторной работе представлен анализ электрической цепи содержащей несколько накопителей электрической энергии.

Варианты заданий по лабораторной работе №1.