Лабораторная работа №1. Анализ переходных процессов в линейных электрических цепях (стр. 1 )

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.

АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ.

Цель работы. Провести исследование линейной цепи содержащей несколько накопителей электрической энергии в программе MatLab.

Содержание работы:

· составить систему алгебраически-дифференциальных уравнений по заданной электрической цепи;

· разработать программу для расчета токов в ветвях цепи и падений напряжений на емкостных элементах;

· представить результаты расчета программы в виде графических зависимостей.

В качестве используемого программного обеспечения для решения системы уравнений используется пакет MatLab, расчет проводится с применением метода ode45 - одношаговый явный метод Рунге-Кутта 4-го (5-го) порядка.

Приведем пример расчета линейной электрической цепи представленной на рис. 1.1.

Порядок проведения лабораторной работы.

1. Составим систему дифференциальных уравнений:

(1.1)

Для того чтобы система уравнений была разрешима относительно неизвестных величин стоящих под знаком дифференциала необходимо выразить токи ветвей, не содержащих индуктивности, через искомые параметры. Для этого, используя законы Кирхгофа, составим алгебраическую систему уравнений (1.2) и дополним (1.1):

(1.2)

Программа m-файла для расчета системы уравнений представлена на листинге 1.1.

Листинг 1.1

Результаты расчета программы приведены на рис. 1.2.

Выводы по работе. В ходе выполнения работы составлена система алгебраически-дифференциальных уравнений, разработана программа расчета токов в ветвях и падений напряжений на емкостных элементах цепи, приведены графические зависимости законов изменения токов и напряжений от времени. В целом в лабораторной работе представлен анализ электрической цепи содержащей несколько накопителей электрической энергии.

Варианты заданий по лабораторной работе №1.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ В ПРОГРАММЕ
ANSYS

Цель работы. Расчет параметров магнитного поля в программе ANSYS.

Порядок выполнения работы.

1. Определение имени (Jobname) и заголовка (Title) задачи Выберите пункт меню: UM>File>Change Jobname.

На экране появится окно диалога с приглашением "Enter new jobname" (вве­дите новое имя задачи). Введите имя задачи в поле ввода, например «nasos2d». Это имя будет использоваться в качестве имени базы данных задачи, а также как имя других файлов, связанных с решаемой задачей. В процессе работы можно использовать нижеперечисленные команды для управления файлами.

По инструкции

UM>File>Resume from

Вы можете вызвать ранее созданный файл с пользовательской задачей и работать с ним далее.

Таблица 1

	Значения параметров модели (м)
Имя пара­метра	Значение (в системе CH(MKS))	Комментарий
D	0.108	Габаритный размер магаитопровода по оси х
DI	1.4е-2	Ширина ярма
D2	3.4е-2	Диаметр якоря
D3	4.0е-2	Ширина катушечного окна
D4	3.5е-2	Диаметр отверстия в ярме под якорь
D5	8.0е-2	Внешний диаметр обмотки намагничивания
DELTA	1.1е-2	Зазор между якорем и стопом, рабочий воздушный зазор (DELTA = DMAX)
DMAX	1.1е-2	Максимальный рабочем воздушный зазор
DMIN	1.0е-3	Минимальный рабочий воздушный зазор
HI	1.4е-2	Высота полюса
H2	1.4е-2	Высота полюса
H3	5.0е-2	Высота катушечного окна
H	Н1+Н2+НЗ	Габаритный размер магнитопровода по оси у
H4	3.5е-2	Высота стопа
H5	5.0е-2	Высота якоря
N	5.0е-4	Зазор между якорем и ярмом
K	4,2е-2	Толщина ярма
SPACE	1.5е-2	Воздушное пространство вокруг устройства

По инструкции UM>File>Save as

можно сохранить содержимое базы данных задачи в файл, имя которого задается в окне диалога. При этом задание имени файла не изменит текущего имени задачи. Это значит, что при сохранении базы данных задачи по команде UM>File>Save as Jobname.db в качестве имени файла базы данных будет использовано прежнее имя задачи, заданное по команде UM>File>Change Jobname.

Одновременно Вы можете работать только с одной задачей. Для старта новой задачи можно использовать команду

UM>File>CIear & StartNew.

Помимо задания имени рабочего файла Вашей задачи можно определить за­головок, который будет печататься в окне графического вывода во время работы с базой данных задачи. Это можно выполнить, выбрав пункт меню:

UM>File>Change Title.

При выборе данной команды появляется окно диалога с предложением ввести заголовок.

2 Задание класса решаемой задачи.

Задание класса задачи позволяет отфильтровать главное меню и окна диалога так чтобы в них присутствовали пункты, связанные с построением и расчётом мо­делей только этого класса (механические, тепловые, гидродинамические, прочност­ные электрические, магнитные задачи). Задать класс задачи можно командой

MM>Prefernces .

При выборе данного пункта появляется окно диалога «Preferences for GUI Filtering» (настройки для фильтрации графического интерфейса), состоящее из двух частей: в верхней части выбирается вид анализа, в нижней - тип конечных элементов (h-элементы или р-элементы или комплекс-элементы) с разной техноло­гией вычислений. По умолчанию используются h-элементы. Для электромагнитно­го анализа нужно отметить галочкой «Electromagnetic» (в некоторых версиях про­граммы нужно пометить «Magnetic-Nodal»), и рядом находящийся ключ меняет свое значение с "will not show" на "will show". Нажмите «OK».

3. Задание параметров модели (Define parameters to be used geometry and load iput)

Данный пункт этапа препроцессирования не обязателен, но желателен в слу­чае сложной геометрии модели или, если требуется произвести параметрические расчеты. Например, нескольких значений рабочего зазора между якорем и стопом. Параметрическое задание модели является одним из способов получения анимации, например, изменения картины магнитного поля при движении якоря либо, если планируется производить оптимизацию разработки, изменяя один из параметров модели.

С помощью команды меню

UM>Parameters>Scalar Parameters

вызывается окно вспомогательных операций «Scalar Parameters» (рис. 1), с помо­щью которого можно просматривать и вводить значения параметров модели. Пара­метры представляют собой именованные переменные, имя которых задаёт пользо­ватель. В дальнейшем эти переменные могут использоваться в качестве параметров при построении геометрии, при задании тока в обмотке и т. д. Имя параметра не должно превышать в длину восьми символов, не допускается совпадение имени па­раметра с названием функции или макроса. Ввод значения параметра осуществля­ется в поле ввода «Selection» в формате: <имя параметра>=<выражение>. Выраже­ние может включать в себя: числовые константы, имена других ранее введённых параметров, знаки операций +, -, /, *, ** (возведение в степень), >, <, а также опера­тор вызова функции, например, SIN(x), TAN(x/10) и т. д. Ввод параметра должен подтверждаться нажатием кнопки «Accept» (подтвердить). При этом происходит вычисление значения выражения, которое и заносится в базу данных задачи, само же выражение фиксируется лишь в LOG-файле задачи. Поэтому при изменении па­раметра, который входит в выражение для другого параметра, изменение последнего не происходит. Пакет ANSYS позволяет задавать изменение одного или нескольких скалярных параметров и тем самым анализировать конструкции или режимы работы устройства. Это называется параметризацией и оптимизацией разработки.

Рис. 1

Все выражения, начиная с CD = 0.063, последовательно вводятся в окне Selection нажатием клавиши Accept, после чего они переводятся в окно Items. Все введенные значения можно посмотреть, используя полосу прокрутки. При нажатии на клавишу Delete удаляется выделенная курсором переменная.