Расчёт электрической цепи

Министерство образования и науки РФ

«Омский государственный технический университет»

Кафедра «Автоматизированные системы обработки информации и управления»

РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

на тему «
Расчёт электрической цепи»

по дисциплине «Электротехника и электроника»

Пояснительная записка

Шифр работы РГР – 2068998 - 43 - 3 ПЗ

Направление 230100.62

Омск –XXX

Реферат

Отчёт 11 с., 1 ч., 4 рис., 1 табл., 2 источника, 1 прил.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ, MICRO-CAP 8, ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА ЯЗЫКЕ ВЫСОКОГО УРОВНЯ, РАСЧЁТ ТОКОВ ВЕТВЕЙ

Предметом исследования является практическое применение знаний по электротехнике и электронике для расчёта электрической цепи.

Цель работы – расчёт токов ветвей методом контурных токов с последующей проверкой решения с помощью ППП для моделирования аналоговых схем (Micro-CAP).

В процессе работы создавалась программа, написанная на языке высокого уровня C#, реализующая нахождение всех требуемых в ходе работы численных значений.

В результате при помощи разработанной программы и ППП для моделирования аналоговых схем Micro-CAP были получены требуемые численные величины и произведена оценка погрешности.

Содержание

Введение........................................................................................................... 4

1 Аналитическое решение............................................................................... 5

2 Нахождение численных значений................................................................ 6

3 Проверка решения и оценка погрешности.................................................. 7

Заключение...................................................................................................... 9

Список использованных источников ........................................................... 10

Приложение А. Листинг программы ........................................................... 11

Введение

Целью данной расчетно-графической работы по дисциплине «Электротехника и электроника» является расчёт электрической цепи с последующей проверкой в ППП для моделирования аналоговых схем.

В ходе работы требуется определить токи и напряжения в отдельных ветвях цепи.

В ходе выполнения работы был изучен метод контурных токов, проведено ознакомление с ППП для моделирования аналоговых схем MicroCAP.

Первый раздел отчета посвящён аналитическому решению.

Второй раздел посвящён нахождению всех требуемых в ходе работы численных величин.

Третий раздел содержит результаты проверки требуемых величин с помощью ППП для моделирования аналоговых схем Micro-CAP.

1 Аналитическое решение

i4

i3

i2

ik 2

ik 1

В данной расчетно-графической работе при определении токов и напряжений в отдельных ветвях цепи с n
ветвями по закону Кирхгофа необходимо решить систему из n
уравнений, при этом используем метод

контурных токов. В его основе лежит введение в каждый контур условного контурного тока iK
, для которого будут справедливы закон токов Кирхгофа (ЗТК) и закон напряжений Кирхгофа (ЗНК).

i1

i5

i6

ik 3

Рисунок 1 – Исходная схема

Для контурных токов ik
1,
ik
2
и ik
3
запишем уравнения по ЗНК:

-u1
+(R1
+R3
+R5
)ik1
-R3
ik2
+R5
ik3
=0; (1)

u2
-R3
ik1
+(R2
+R3
+R4
)ik2
+R2
ik3
=0; (2)

u2
+R5
ik1
+R2
ik2
+(R6
+R2
+R5
)ik3
=0. (3)

Перенесём u
1
и u
2
в правую

часть системы и получим каноническую форму записи уравнений по методу контурных токов.

R
11
ik
1
-R
12
ik
2
+R
13
ik
3
=u
1
; (4)

-R
21
ik
1
+R
22
ik
2
+R
23
ik
3
= -u
2
; (5)

R
31
ik
1
+R
32
ik
2
+R
33
ik
3
= -u
2
. (6)

Где собственными или контурными сопротивлениями 1, 2 и 3 контуров являются формулы (7), (8) и (9).

R11
= R1
+R3
+R5
; (7)

R22
= R2
+R3
+R4
; (8)

R33
= R6
+R2
+R5
. (9)

А взаимным сопротивлением – (10), (11) и (12).

R
12
=R
21
=R
3
; (10)

R
13
=R
31
=R
5
; (11)

R
23
=R
32
=R
2
. (12)

Из данной системы уравнений получаем определитель системы (13), а определитель (14) находится путём замены k
-столбца правой частью приведённой выше системы.

. (13)

. (14)

Величины контурных токов находятся из формул (15), (16) и (17).

; (15)

; (16)

. (17)

Истинные токи в ветвях находятся как алгебраическая сумма контурных токов.

2 Нахождение численных значений

Нахождение всех требуемых в ходе работы численных значений выполнено с помощью программы, написанной на языке высокого уровня C#. Пример работы программы представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Пример работы программы

Листинг программы, выполняющий необходимые расчёты приведен в виде рисунка А1 приложения А.

3 Проверка решения и оценка погрешностей

В данной расчётно-графической работе проверка результатов, полученных с помощью программы, написанной на языке высокого уровня, производилась при помощи ППП для моделирования аналоговых схем Micro-CAP 8.

Принципиальная схема электрической цепи, расчёт которой необходимо произвести, представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема электрической цепи

Проверка выполнялась путём сравнения численных величин полученных разными средствами, с оценкой погрешности. Оценка погрешности для мощностей выполнялась по следующей формуле:

E
= . (18)

где I
расч.
– значение, полученное путём программирования на языке высокого уровня, I
мод.
– то же самое значение, но полученное с помощью ППП Micro-CAP 8. Полученные результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Сравнение результатов и оценка погрешности

k	i к , А		Погрешность, %
	Значения, полученные программой	Значения, полученные в Micro-CAP
1	2,49	2,494	0,002
2	33,64	33,641	0,00003
3	34,34	34,34	0,00
4	31,85	31,846	0,00013
5	0,70	0,698	0,00287
6	1,80	1,795	0,00279

Как видно из таблицы: значения, полученные с помощью программы, сходятся со значениями полученными средствами ППП для аналоговых схем Micro-CAP, следовательно, программа, написанная на языке высокого уровня, работает правильно и выдаёт результат с достаточно малой относительной погрешностью.

Заключение

Результатом выполнения расчётно-графической работы является программа написанная на языке высокого уровня C#, которая при заданных исходных данных вычисляет все необходимые в ходе работы велечины с достаточно малой относительной погрешностью.

В ходе выполнения работы была произведена проверка полученных значений средствами ППП для моделирования аналоговых схем Micro-CAP 8 и выполнена оценка. Результаты вычислений погрешности наглядно показывают, что вычисления, сделанные с помощью программы написанной на языке высокого уровня точны. Следовательно, расчёт электрической цепи выполнен правильно.

Поставленные задачи выполнены полностью.

Список использованных источников

1 Бакалов В.П., Игнатов А.Н., Крук Б.И. Основы теории электрических цепей и электроники. - М.: Радио и связь,1989. – 528 с.

2 Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования MICRO-CAPV. – М.: ТОО «СОЛОН», 1997. – 273 с.

Приложение А

(обязательное)

Листинг программы

Ниже, на рисунке А.1, представлен основной код программы.

Рисунок А.1 – Вычисление необходимых величин и их вывод на экран