2.2.2 Исследование переходного процесса в неразветвлённой rl‑цепи
Исследуемая цепь изображена на рисунке 6. Она состоит из: источника постоянной ЭДС (V1) с ЭДС 1 В; резистора R1 сопротивлением 160 Ом, катушки индуктивности L1 с индуктивностью 45 мГн, ключа K и заземления.
Необходимо построить зависимости мгновенного тока, напряжения на резисторе, напряжения на катушке и напряжения источника от времени.
Для построения графиков зависимости вышеуказанных величин от времени используется инструмент «Transient Analysis» со следующими параметрами:
Maximum Run Time «900u» (используется при построении всех зависимостей);
Maximum Time Step «0,1u» (используется при построении всех зависимостей);
Number of Points «501» (используется при построении всех зависимостей);
P «1» (используется при построении всех зависимостей);
X Expression «t» (используется при построении всех зависимостей);
X Range «900u,0,50u» (используется при построении всех зависимостей);
Y Expression «V(V1)» (зависимость напряжения источника от времени);
Y Range «1.1,0,0.1» (зависимость напряжения источника от времени);
Y Expression «V(R1)» (зависимость напряжения на резисторе от времени);
Y Range «1.1,0,0.1» (зависимость напряжения на резисторе от времени);
Y Expression «V(L1)» (зависимость напряжения на катушке от времени);
Y Range «1.1,0,0.1» (зависимость напряжения на конденсаторе от времени);
Y Expression «I(R1)» (зависимость мгновенного тока от времени);
Y Range «auto» (зависимость мгновенного тока от времени).
Графики зависимостей вышеописанных величин представлены ниже (рисунок 10).
Рисунок 10. Графики зависимостей различных величин на элементах неразветвлённой RL‑цепи (Micro‑Cap).
С полученного графика зависимости напряжения на катушке от времени необходимо определить постоянную времени RL‑цепи. Для этого необходимо выбрать две точки по оси OY: одну выбирается произвольно, а вторая должна быть в «e» раз меньше, чем первая. Далее точки проецируются на ось OX. Модуль разницы между значениями двух точек по оси OX – это и есть постоянная времени. Результаты вычисления постоянной времени RL‑цепи представлены в таблице 1 в приложении «В».
Заключение
В ходе выполнения методами непосредственного расчёта и снятия значений с графиков, построенных в среде эмуляции работы электрических схем Micro‑Cap, были получены постоянные времени неразветвленных RC‑ и RL‑цепей; построены временные зависимости различных величин на различных элементах неразветвленных RC‑ и RL‑цепей.
По результатам сравнения непосредственно рассчитанных и снятых с графика значений, было установлено почти полное (на уровне погрешности округления) равенство соответствующих величин.
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ «А»
ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ САМОПРОВЕРКИ
Вопрос 1
Что называется переходным процессом? Приведите пример.
Переходные процессы – процессы, возникающие в электрических цепях при различных воздействиях, приводящих к изменению их режима работы, т.е. при действии различного рода коммутационной аппаратуры (ключей, переключателей для включения или отключения источника/приёмника энергии), при обрывах в цепи, при коротких замыканиях отдельных участков цепи и т.д. Физическая причина возникновения переходных процессов в цепях – наличие в них катушек индуктивности и конденсаторов.
Пример: переходный режим в сварочных аппаратах (переход от режима холостого хода к режиму сварки – режиму КЗ).