Расчет линейной электрической цепи при гармоническом воздействии

Курсовой проект - Компьютеры, программирование

Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование

? составим систему уравнений по методу контурных токов.

 

Рис. 7 - Схема сложной цепи

 

Сначала составим граф электрической схемы, согласно которому выберем независимые контуры, а так же зададим контурные токи.

 

Рис. 8- Граф цепи

 

Независимыми контурами будут: 12781; 23672; 34563

Для этих контуров составим систему уравнений по второму закону Кирхгофа с учетом совместного влияния одного контура на другой. Направления обхода во всех контурах необходимо выбрать одинаковыми (по часовой стрелке). Знак падения напряжения в основном контуре от токов соседних контуров выбирается плюс, если их направление совпадает с основным контурным током, и минус в случае несовпадения.

 

 

Полученную систему уравнений будем использовать далее, для расчетов значений токов и напряжений в электрической цепи методом Крамера и методом обращения матрицы.

 

. Расчет токов и напряжений в сложной электрической цепи методом Крамера

 

По составленной системе уравнений составим матрицу сопротивлений ? т.е. впишем соответствующие коэффициенты при контурных токах I1, I2, I3.

 

 

Токи в контурах определим по формуле Крамера: (n=1, 2, 3) ,

 

где ?- полный определитель матрицы сопротивлений, а ?n-определитель, полученный из ? при замене его элементов n-го столбца соответствующими правыми частями уравнений.

 

 

Контурные токи будут равны:

 

Посчитаем токи на ветвях цепи:

 

 

Проверка полученных данных осуществляется с помощью моделирования в программе "Electronic Workbenc". (Смотреть приложение)

Анализируя вычисленные и смоделированные значения токов на элементах электрической цепи приходим к выводу, что все полученные значения определены верно.

 

. Расчет токов и напряжений в сложной электрической цепи методом обращения матрицы

 

Воспользуемся системой уравнений, составленной ранее:

 

 

Для нахождения токов I1, I2, I3 решим систему уравнений методом обращения матрицы.

 

 

где Zn - обратная матрица комплексных сопротивлений.

 

 

матрица комплексных сопротивлений

 

 

- обратная матрица комплексных сопротивлений

Контурные токи будут равны:

 

 

Найдём токи на ветвях цепи:

 

 

Полученные значения методом Крамера в точности совпадают со значениями полученными методом обращения матрицы. Что говорит о правильности вычислений.

 

7. Определение выражения для комплексного коэффициента передачи

 

Комплексный коэффициент передачи находится по формуле:

, при этом в схеме считать значение R = 1000 Ом, а C = 1нФ.

 

Рис.9 - Схема простой электрической цепи для расчета комплексного коэффициента передачи

 

 

Выражаем I1 из уравнения (1), подставляем I1 в уравнение (2) и выражаем I2, подставляем I2 в уравнение (3) выражаем ток I3:

 

Преобразуем формулу I3 для построения графиков АЧХ и ФЧХ:

 

 

зависимость сопротивления конденсатора от изменения частоты

 

 

 

- выражение для определения комплексного коэффициента передачи.

 

Проверка правильности вывода формулы для комплексного коэффициента передачи осуществляется с помощью программы "Mathcad" в режиме символьного решения системы уравнений.

Из имеющейся системы уравнений, составленной по второму закону Кирхгофа, составим матрицу сопротивлений.

 

 

Обратим матрицу в символьном режиме

 

Выпишем коэффициент В31 (он и будет являться током I3):

 

 

-выражение для определения комплексного коэффициента передачи.

Выражение для определения комплексного коэффициента передачи полученное с помощью собственных вычислений и программы "Mathcad" абсолютно идентичны, что говорит о правильности вывода формулы.

 

. Построение графиков АЧХ и ФЧХ с определением их характеристик

 

Для того чтобы построить график АЧХ необходимо вычислить модуль комплексного коэффициента передачи. Расчёты проводим в программе "Mathcad".

 

 

Далее строим графики АЧХ и ФЧХ:

Для графика АЧХ берём модуль K(f)

Рис.10-График АЧХ цепи в среде "Mathcad"

 

Цепь представляет собой полосовой фильтр.

Из полученного графика АЧХ определяем граничные частоты (уровень 0,707) и коэффициент прямоугольности (нижний уровень 0,1)

 

П0,707 = 141442 - 0 = 141442Гц

П0,1 = 2495000 - 0 = 2495000Гц

Кп = П0707/П01 = 0,056

 

Для построения графика ФЧХ необходимо вычислить аргумент комплексного коэффициента передачи. Для этого также воспользуемся соответствующими операциями из программы MathCAD:

 

Рис.11-График ФЧХ цепи в среде "Mathcad"

 

Список литературы

 

1 Дьяконов В. Mathcad 8/2000:специальный справочник СПб, Питер 2001.-529с.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

Моделирование простой электрической цепи в программе "Electronic Workbenc 5.12"

 

Моделирование сложной электрической цепи в программе "Electronic Workbenc 5.12"

 

АЧХ и ФЧХ при моделировании цепи с помощью программы "Electronic Workbenc 5.12"