ПЗ4 / ПЗ4
.docxМинистерство науки и высшего образования РФ
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный технологический университет»
Кафедра электротехники и электрических машин
Практическое занятие №4
«Применение средств САПР при анализе и оптимизации стационарных и динамических режимов электрических цепей переменного тока»
Выполнил:
ст. гр. 00-НМ-ЭЭ0
Иванов И.И.
Проверил:
Квон А.М.
Краснодар 20__
1. Цель и содержание работы
Цель занятия – ознакомиться с возможностями средств САПР, позволяющими производить расчет, анализ и оптимизацию электрических цепей переменного тока в установившихся и переходных режимах.
Содержание работы: цепь переменного тока подключена к источнику входного напряжения. Варианты заданий приведены в приложении Б. По результатам выполнения задания составить отчет на листах А4 и в электронной форме.
Исследование и оптимизация
1) принять за варьируемую величину С, L, f и построить зависимости Р, Q, S, cosφвх, φвх, Iвх(C, L, f) и оценить полученные результаты по режимам работы, характеру двухполюсника, энергетическим показателям;
2) если в схеме есть две индуктивности исследовать влияние взаимоиндукции при согласном (встречном) включении и Ксв = 0…1, предложить варианты уменьшения взаимоиндуктивного влияния;
3) провести динамическое исследование переходного процесса подключения (отключения) схемы к предлагаемому источнику напряжения, сделать выводы исходя из сравнения с токами и напряжениями установившегося режима, предложить варианты оптимизации (автоматическая система включения при фазе равной 0, дополнительные элементы в схеме), подтвердить эффективность оптимизации.
Пояснения к выполнению:
пункт выполнять в MathCAD, MathLab (программная среда задается преподавателем);
проверку провести в программе EWB, Simulink (программная среда задается преподавателем) для п.п. 1 (по одной точке для каждого графика проверить), 2 (для одного значения Ксв при согласном (встречном) включении проверить), 3 (привести осциллограмму или график).
2. Исходные данные
Т а б л и ц а 1 – Исходные значения параметров цепи
Вариант 10 |
||||||||||
Состав ветвей схемы |
||||||||||
Um, В |
φ0, град |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
380 |
-90 |
- |
L1 |
C1 |
r2 |
- |
C2 |
r3 |
L3 |
- |
Рисунок 1 – Расчетная электрическая цепь
3. Расчет схемы в MathCAD
1. Строим зависимости Р, Q, S, cosφвх, φвх, Iвх(C, L, f):
2. Исследуем влияние взаимоиндукции при согласном включении:
3. Исследуем переходный процесс при замыкании ключа:
4. Проверка расчета в Multisim
1. Проверяем п. 1 задания для графика зависимости от L1 при L1 = 18,9 мГн:
Рисунок 1 – Схема для проверки п. 1 задания в Multisim
Рисунок 2 – Осциллограмма тока и напряжения
2. Проверяем п. 2 задания для Ксв = 0,224:
Рисунок 3 – Схема для проверки п. 2 задания в Multisim
3. Проверяем п. 3 задания для i1(0,00996 с) = 38,971 А:
Рисунок 4 – Схема для проверки п. 3 задания в Multisim
где
V(1)
– это UC2(t),
V(7)
– это U(t),
I(L1)
– это i1(t).
5. Заключение
В ходе работы были изучены возможности САПР, позволяющие производить расчет, анализ и оптимизацию электрических цепей переменного тока в установившихся и переходных режимах.
Результатами выполнения п. 1 задания стали графики зависимостей Р, Q, S, cosφвх, φвх, Iвх(C, L, f). Как видно, при изменении при прочих равных индуктивности, частоты или ёмкости двухполюсник работает в зависимости от величины изменения в 3 режимах: активно-ёмкостный, активно-индуктивный, резонансный. С целью проверки достоверности графиков в программе Multisim было проведено моделирование для L1 = 18,9 мГн. Значение Q по графику в MathCAD для этого значения L1 равно 0. На рисунке 2 изображены осциллограммы тока и напряжения на входе цепи – как видно режим работы резонансный, следовательно, Q = 0. Проверка результат подтвердила.
Результатами выполнения п. 2 задания стали графики, характеризующие влияние взаимоиндукции при согласном включении катушек. Для уменьшения влияния взаимоиндукции необходимо изменить расстояние между катушками так, чтобы Ксв = 0,224. В этом случае цепь будет работать в резонансном режиме, и Q будет равно 0. Для подтверждения достоверности результатов была создана модель цепи в Multisim. P и cosφ, полученные в результате проверки, представлены на рисунке 3 и полностью совпадают с результатами трассировки в MathCAD.
Результатами выполнения п. 3 задания стали графики переходного процесса (ПП). Сравнивая значения тока и напряжений во время ПП с их значениями в установившемся режиме, можно отметить, что ПП напряжения на L1 затухающий, в то время как значения напряжений на С1 и С2, а также тока i1 во время ПП плавно возрастают. С целью оптимизации следует достичь режима работы, близкого к резонансу токов, т.к. при XL = XC импеданс равен активному сопротивлению. По результатам трассировки графика ПП тока i1 при t = 0,00996 сек в MathCAD ток равен 38,971 А, а в Multisim 38,973 А. Следовательно, проверка подтверждает результат.
Все результаты с целью проверки были получены дважды: в MathCAD и Multisim. Погрешность находится в рамках допустимого.