Файл: Лабораторные работы по ИТ.pdf

Элементы, используемые для сбора схемы, перечислены в таблице 2.

Таблица 2.

Лабораторная работа № 7. Моделирование линейных электрических цепей при помощи Simulink

1. Цель работы

Ознакомление с принципами моделирования линейных электрических цепей при помощи Simulink.

2.Теоретическая справка

Означениях периодических ЭДС, напряжений и токов судят по их среднеквадратическим значениям за период. Среднеквадратическое значение (root mean

52

square value или RMS value)1 рассчитывают через мгновенное значение следующим образом:

Среднеквадратическое значение еще называют действующим значением, поскольку оно пропорционально среднему за период значению мощности в активном сопротивлении. Для синусоидальных величин действующее значение связано с

амплитудой (magnitude) следующим соотношением: √ . Большая часть приборов, используемых для измерения периодических напряжений и токов, показывает действующее значение.

Активной мощностью P (active power) в электрической цепи при периодических процессах называют среднее значение мощности за период:

∫∫

Максимальное приближение коэффициента мощности к единице говорит о наибольшем использовании генерирующих и передающих электрическую энергию устройств. Электрические машины, трансформаторы, линии электропередачи рассчитаны на определенное номинальное напряжение U и ток I. Потребление энергии со сниженным коэффициентом мощности приводит к недоиспользованию мощности этих устройств.

характер работы электрического устройства – потребителя энергии. Для измерения активной и реактивной мощности имеются специальные измерительные приборы – ваттметры. Так, реактивная мощность применяется для расчета коэффициента мощности. Также понятие реактивной мощности широко используется при расчете электрических сетей и электроэнергетических систем.

3.Вопросы для коллоквиума

1.Каким образом происходит набор схемы в Simulink?

2.Как вычисляется действующее значение переменного тока (напряжения)? Выведите его для синусоидального сигнала?

3.Что такое активная и реактивная мощность?

4.Что характеризует коэффициент мощности?

4.Рабочее задание

1.Откройте MATLAB, откройте библиотеку блоков Simulink. Создайте новый файл модели. Создайте модель для схемы из таблицы 1 из любого набора элементов SimScape или SimPowerSystems. Параметры элементов приведены

втаблицах 2 и 3. Параметры источников следующие:

Таблица 1

1 Перевод приводится для возможности поиска блоков Simulink на английском языке.

53

5.Каким образом обеспечивается взаимосвязь между физической моделью электрической цепи и блоками вычисления Simulink. Какие дополнительные расчеты можно проводить в Simulink?

6.Перечислите возможности Simulink.

Лабораторная работа № 8. Моделирование нелинейных электрических цепей при помощи Simulink

1. Цель работы

Ознакомление с принципами моделирования нелинейных электрических цепей при помощи Simulink.

2.Теоретическая справка

Втеории линейных цепей предполагается, что параметры всех элементов цепи являются постоянными величинами, не зависящих от токов и напряжений. Каждому идеальному элементу цепи приписывалось определенное значение его параметра: резистору – сопротивление R, катушке - индуктивность L, конденсатору – емкость C.

Физические характеристики таких элементов описываются уравнением прямой линии y = ax (u = Ri – для резистора, ψ = Li – для катушки, q = Cu – для конденсатора), поэтому такие элементы получили общее название линейных, а электрические цепи, состоящие из таких элементов, также называются линейными.

Идеальных линейных элементов в природе не существует. В действительности параметры всех элементов в той или иной мере зависят от их физического состояния, т.е. от тока, напряжения, температуры. Если эта зависимость выражена незначительно, то ею при расчете цепей пренебрегают и элементы считают линейными.

Однако существует обширный класс элементов электрических цепей, параметры которых существенно зависят от тока и напряжения и эту зависимость необходимо учитывать при расчете электрических цепей. Такие элементы получили название нелинейных, так как их физические характеристики не могут быть описаны уравнением прямой линии. Таким элементам нельзя придать определенное значение параметра сопротивления, индуктивности и емкости. Примерами нелинейных элементов являются диоды, лампы накаливания. Примером материалов с нелинейными свойствами являются ферромагнитные сердечники в катушках индуктивности, сегнетоэлектрики в конденсаторах. Примерами явлений, описание которых дает нелинейные характеристики, является электрическая дуга. Также нелинейными характеристиками могут обладать источники ЭДС и тока.

Нелинейные элементы на схеме обозначаются так, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Обозначение нелинейных а) сопротивления, б) индуктивности, в) емкости.

Нелинейное сопротивление описывается вольтамперной характеристикой, индуктивность – вебер-амперной характеристикой, а емкость – кулон-вольтной характеристикой. Примеры характеристик приведены на рис. 2. В нелинейном сопротивлении соотношение тока и напряжения можно написать как ( ) или

( ).

В индуктивности напряжение возникает вследствие изменения потокосцепления в катушке , а нелинейное соотношение между током и напряжением записывается

55