§2.8. Компьютерное моделирование к заданию модуля 2

Цель моделирования: знакомство с методикой снятия резонансных характеристик цепей переменного тока, получение дополнительных исходных данных для выполнения .

2.8.1. Подготовка к экспериментальному исследованию

1. Изучить теоретические вопросы:

• Расчет электрических цепей синусоидального тока.

• Последовательный колебательный контур. Резонанс напряжения.

• Параллельный колебательный контур. Резонанс токов.

• Компенсирование реактивной мощности.

2. Подготовить бланк протокола компьютерного моделирования.

Он должен содержать:

- схему моделирования цепи:

- таблицу

С, мкф
I, A

2.8.2. Содержание компьютерного моделирования:

1. Исследовать резонанс напряжений в последовательном колебательном контуре.

2. Экспериментально определить резонансную частоту исследуемой электрической цепи.

3. По результатам опытов построить резонансную кривую, зависимость амплитуды тока от величины емкости.

2.8.3. Выполнение лабораторного исследования:

1. Собрать виртуальную модель электрической цепи

2. В заданной ветви изменяя емкость от мкФ домкФ с шагом 5 мкФ снимать величину тока в этой ветви. Полученные данные свести в таблицу.

3. По результатам опытов построить резонансную кривую I_m = f().

4. По графику I_m = f()определить емкость конденсатора, при которой в цепи наступит резонанс напряжений.

Методические указания к моделированию и анализу электрических схем в пакете Multisim Измерение комплексного значения тока

Чтобы получить комплексную запись тока необходимо измерить его амплитуду и фазовый сдвиг между напряжением и током. Для этого рекомендуется воспользоваться осциллографом.

Осциллограф позволяет измерять только напряжение, но существует возможность косвенного измерения тока. По закону Ома . Отсюда, приR = 1 Ом напряжение на сопротивлении и ток в ветви численно равны. На активном сопротивлении фазовый сдвиг между напряжением и током равен нулю. Таким образом, включив в ветвь сопротивление величиной 1 Ом, и снимая кривую напряжения на нём, мы можем получить на экране осциллографа кривую тока в данной ветви.

Для измерения фазового сдвига между напряжением и током необходимо получить на экране осциллографа кривые напряжения источника и тока. Для этого один канал осциллографа подключается к источнику, а другой к сопротивлению 1 Ом, как показано на рисунке.

Фазовый сдвиг измеряется следующим образом. Вначале необходимо измерить период сигнала, либо найти его через частоту источника:

Период составляет 360°. Затем, с помощью бегунков снимается сдвиг ΔTмежду кривыми напряжения и тока (следует обратить особое внимание на знак сдвига, ток отстаёт от напряжения или наоборот). Угол сдвига находится по формуле:

Начальная фаза тока , где- начальная фаза источника напряжения. Если начальная фаза источника равна нулю, то начальная фаза тока равна сдвигу фаз между напряжением и током.

Амплитуда тока это максимальное значение, достигаемое кривой тока. Его также удобно снимать с помощью бегунка.

Измерение комплексного сопротивления цепи

Комплексное сопротивления можно найти по закону Ома, разделив комплексное значение напряжения на комплексное значение тока.

,

где U_m иI_m – амплитудные значения напряжения и тока соответственно,и– начальные фазы напряжения и тока соответственно,φ– сдвиг фаз между напряжением и током. Таким образом, модульzнаходится как отношение амплитуд напряжения и тока, а угол равен сдвигу фаз между напряжением и током.