Работа 6ml. Исследование переходных процессов в электрической цепи с емкостью или индуктивностью
Цель работы
Исследование апериодических переходных процессов при коммутациях в электрической цепи постоянного тока.
Методические указания
Изучите рекомендации по разработке и исследованию математических моделей электрических цепей и машин в среде Matlab/Simulink (см. Приложение).
Содержание работы
Исследование переходных процессов при коммутациях в модели цепи постоянного тока с резисторами и емкостью.
Исследование переходных процессов при коммутациях в модели цепи постоянного тока с резисторами и индуктивностью.
Исследование переходных процессов при коммутациях в модели цепи постоянного тока с резисторами и емкостью
Запустите программу Matlab, откройте библиотеку Simulink и откройте окно новой модели (Contr+N).
В библиотеке Simulink откройте папку SimPowerSistems/Electrical Sourses, найдите блок DC Voltage Source, перетащите его мышкой в окно модели, измените его имя на Е, откройте таблицу параметров блока и задайте новые параметры блока Аmplitude 10+2*N и Measurements - None.
В библиотеке Simulink откройте папку SimPowerSistems/Elements, найдите блок Series RLC Branch и перетащите его мышкой в окно модели, поменяйте имя блока на R1, откройте таблицу параметров блока, задайте активное сопротивление 1+0.1*N, индуктивность 0 и емкость inf, в строке Measurements задайте Branch voltage and current.
Скопируйте блок R1, вставьте в окно модели, поменяйте имя блока на R2, откройте таблицу параметров блока, задайте активное сопротивление 2+0.2*N, индуктивность 0 и емкость inf, в строке Measurements задайте Branch voltage and current.
Вставьте в окно модели еще одну копию блока R1, поменяйте имя блока на С, откройте таблицу параметров блока, задайте активное сопротивление 0, индуктивность 0 и емкость (1000-100*N)е-6, в строке Measurements задайте Branch voltage and current.
Откройте папку SimPowerSistems/Elements, найдите блок Breaker и перетащите его мышкой в окно модели, измените имя блока на S1, откройте таблицу параметров блока, задайте сопротивление выключателя в состоянии «включено» Ron 0.001, исходное состояние 0, защитное сопротивление 1e6, защитная емкость 1e-6, время включения 0, Measurements Branch voltage and current.
Скопируйте блок S1, вставьте в окно модели, поменяйте имя блока на S2, откройте таблицу параметров блока, установите другое значение времени включения 60е-3.
Откройте библиотеку Simulink, откройте папку SimPowerSistems/ Connectors, найдите блоки Graund(input), Graund(output) и перетащите их мышкой в окно модели.
Расположите блоки в соответствии со схемой модели (рис.5.1) и соедините выходы блоков с соответствующими входами.
Откройте папку Simulink/Routing, найдите блок Demux (разделитель), перетащите его мышкой в окно модели и соедините его вход с выходом блока Multimeter. Откройте таблицу параметров блока Demux и задайте число выходов 2.
Откройте папку Simulink/Sinks, найдите блок Scope (осциллоскоп) и перетащите его мышкой в окно модели, задайте число входов 2 и соедините их с выходами блока Demux.
Рис.5.1. Схема модели для исследования переходных процессов в цепи R-C и осциллограммы напряжения и тока емкости при включении ключа S1 и при включении ключа S2
Откройте папку Simulink/SimPowerSistems/Measurement, найдите блок Multimeter , перетащите его мышкой в окно модели. Откройте таблицу параметров блока Multimeter , выделите в левом окне напряжение на емкости Ub:C и ток емкости Ib:C (рис.5.2) и переведите их в правое окно (используемые результаты измерения).
Задайте параметры моделирования: время начала 0, время конца 0.01, шаг -переменный, оde23s, нажмите OK и запустите моделирование.
Рис.5.2.
Таблица параметров блокаMultimeter
Откройте блок Scope , включите Автомасштаб, определите по графикам характер переходного процесса и его длительность, найдите мгновенные значения напряжения на емкости и тока емкости при включении ключа S1 и при включении ключа S2.
Запишите аналитические выражения переходных значений напряжений и токов емкости С:
uC=E*(1-exp(-t/τ1)); iC =E/(R1+R2)*exp(-t/τ1); τ1=(R1+R2)*C;
uC=E*exp(-t/τ2); iC = -E/R2*exp(-t/τ2); τ2=R2*C.
Замените в правом окне блока Multimeter Ub:C и Ib:C на Ub:R1 и Ib:R1, повторите моделирование и перерисуйте осциллограммы переходных процессов на резисторе R1. Запишите аналитические выражения переходных значений напряжений и токов резистора R1 .
Замените в правом окне блока Multimeter Ub:R1 и Ib:R1 на Ub:R2 и Ib:R2, повторите моделирование и перерисуйте осциллограммы переходных процессов на резисторе R2. Запишите аналитические выражения переходных значений напряжений и токов резистора R2.
Замените в правом окне блока Multimeter Ub:R2 и Ib:R2 на Ub:S2 и Ib:S2, повторите моделирование и перерисуйте осциллограммы переходных процессов на ключе S2. Запишите аналитические выражения переходных значений напряжений и токов ключа S2.
Исследование переходных процессов при коммутациях в модели цепи постоянного тока с резисторами и индуктивностью
Откройте таблицу параметров блока С, переименуйте его на блок L (рис.5.3.) и задайте активное сопротивление 0, индуктивность 0.01*N и емкость inf.
Откройте таблицу параметров блока Multimeter и переведите в правое окно напряжение на индуктивности Ub:L и ток индуктивности Ib:L.
Рис.5.3. Схема модели для исследования переходных процессов в цепи R-L и осциллограммы напряжения и тока индуктивности при включении ключа S1 и при включении ключа S2
Повторите моделирование, перерисуйте осциллограммы переходных процессов uL и iL на бланк. Запишите аналитические выражения переходных значений напряжений и токов индуктивности L:
uL =E*exp(-t/τ1); iL=E/(R1+R2)*(1-exp(-t/τ1)); τ1=L/(R1+R2);
uL = - E*R2/(R1+R2)*exp(-t/τ2); iL = E/(R1+R2)*exp(-t/τ2); τ2=L/R2.
Замените в правом окне блока Multimeter Ub:L и Ib:L на Ub:R1 и Ib:R1, повторите моделирование и перерисуйте осциллограммы переходных процессов на резисторе R1. Запишите аналитические выражения переходных значений напряжений и токов резистора R1.
Замените в правом окне блока Multimeter Ub:R1 и Ib:R1 на Ub:R2 и Ib:R2, повторите моделирование и перерисуйте осциллограммы переходных процессов на резисторе R2. Запишите аналитические выражения переходных значений напряжений и токов резистора R2.
Замените в правом окне блока Multimeter Ub:R2 и Ib:R2 на Ub:S2 и Ib:S2, повторите моделирование и перерисуйте осциллограммы переходных процессов на ключе S2. Запишите аналитические выражения переходных значений напряжений и токов ключа S2.