Индуктивность в цепи переменного тока

В данном уроке приведено описание простых шагов по созданию электрической цепи переменного тока с резистором и катушкой индуктивности.

В данном уроке рассматривается задача, в которой осуществляется моделирование цепи переменного тока с катушкой индуктивности. В результате расчета требуется определить величину тока в цепи и напряжения на индуктивности, проанализировать фазовый сдвиг между ними.

1.  Создание и настройка проекта

Для начала требуется создать новый проект и присвоить ему название, например, Индуктивность в цепи переменного тока.

На следующем шаге нужно (см. рис. 1 ниже):

1. Отключить параметр Синхронизация с реальным временем, для того, чтобы была возможность устанавливать время моделирования < 1 [с];

2. Настроить Время моделирования, присвоив соответствующему параметру проекта значение 0.2 [с];

3. Настроить Шаг интегрирования, присвоив соответствующему параметру проекта значение 0.05 [мс];

4. Настроить Шаг дискретизации, присвоив соответствующему параметру проекта значение 0.05 [мс].

Важно

В REPEAT VISION десятичные числа задаются через точку.

Рис. 1 Настройка проекта

Приступим к выполнению основных шагов по созданию цепи, открыв библиотеку Электроника.

2.  Создание источника напряжения

Добавим первый блок нашей цепи (см. рис. 2 ниже), для этого перенесем на рабочую область блок Источник напряжения для питания цепи переменного тока.

В свойствах первого блока нужно:

1. Выбрать Тип источника - AC (переменный ток);

2. указать амплитуду напряжения - 38.2 [В];

3. Указать значение внутреннего сопротивления – 0.1 [Ом].

Рис. 2 Добавление и настройка блока Источник напряжения

В результате проект готов для добавления измерительных элементов. Сохраните проект и продолжите выполнения следующих шагов.

3.  Добавление измерительных элементов

Для измерения параметров цепи добавим блоки Амперметр и Вольтметр, который необходимо повернуть на 90\(^0\) вправо (смотри примечание под рисунком).

Размещаем и соединяем блоки в соответствии с рис. 3 ниже:

Рис. 3 Добавление измерительных элементов

Важно

Для получения корректных показаний вольтметра необходимо, чтобы вход «+» вольтметра и вход «+» катушки индуктивности были подключены к одному и тому же узлу, аналогично вход «-» вольтметра и выход «-» катушки индуктивности также должны быть подключены к одному узлу. Иначе сигнал вольтметра будет находится в противофазе (перевернут) по отношению к напряжению на катушке.

4.  Создание резистора

Для установки сопротивления добавим блок Резистор. Переносим одноимённый блок на рабочую поверхность, а в его свойствах укажем значение сопротивления – 0.00001 [Ом].

После чего соедините блок в соответствии с рис. 4:

Рис. 4 Добавление и настройка блока Резистор

5.  Создание узлов

Для возможности подключения вольтметра добавим блок Узел, для этого необходимо перенести одноимённый блок на рабочую поверхность и затем нужно установить значение свойства Количество выходных портов – 2.

Далее нужно копировать блок Узел, выделив его (нажать по блоку ЛКМ) затем команды CTRL+C, CTRL+V и повернуть его на 180\(^0\) для удобства построения схемы.

После чего соедините блоки в соответствии с рис. 5:

Рис. 5 Добавление и настройка блоков Узел

6.  Создаём катушку индуктивности

Для накопления энергии магнитного поля добавим блок Катушка индуктивности, для этого необходимо перенести одноимённый блок на рабочую поверхность и повернуть его на 90\(^0\) вправо для удобства построения схемы и затем указать значение свойства Индуктивность – 0.005 [Гн].

После чего соедините блоки в соответствии с рис. 6:

Рис. 6 Подключение и настройка блока Катушка индуктивности

7.  Добавляем графики для визуализации

Переходим во вкладку Визуализация и добавляем один график для вывода сигналов вольтметра и амперметра, рис. 7:

Рис. 7 Добавление графика

Запустите расчёт кнопкой «Запустить моделирование» и раскройте область визуализации на весь экран

Расчёт должен успешно завершиться следующим сообщением:

Расчет остановлен со стороны решателя. Достигнут лимит модельного времени.

Чтобы развернуть график на всю ширину области визуализации (см. рис. 8 ниже), необходимо нажать на символ , расположенный в верхней панели справа в области визуализации, где построен график. А для того, чтобы развернуть область визуализации на весь экран (см. рис. 9 ниже) необходимо нажать на символ , расположенный на нижней панели справа.

Рис. 8 Отображение графика на всю ширину облсати визуализации

Рис. 9 Отображение облсати визуализации на весь экран

Важно

При заданных свойствах катушки первый период кривой тока практически полностью находится в положительной части графика (однополярный). Чтобы ток был изначально двухполярный, можно изменить свойства катушки. Для этого нужно задать в качестве начального тока катушки отрицательное значение, близкое к амплитудному. В данном случае было задано значение -24 [А], рис. 10:

Рис. 10 График после изменения свойств катушки

8.  Анализ результатов расчёта

Результаты моделирования соответствуют теории: в цепи переменного тока катушка индуктивности оказывает сопротивление протекающему току – обладает индуктивным сопротивлением. В начальный момент времени сигнал тока изменяется постепенно из-за наличия ЭДС самоиндукции в катушке, которая препятствует изменению тока через нее. Также ток на катушке индуктивности отстает от напряжения на ней на 90° (на ¼ периода или на 0.005 [с]). Амплитудное значение тока в цепи приблизительно равно 24.8 [А], напряжения на катушке индуктивности – 38 [В]. Задание начального значения тока в свойствах катушки индуктивности в данном случае позволяет уменьшить время переходного процесса при включении цепи.

9.  Выводы

В результате выполнения данного урока вы получили базовые знания для создания электрической цепи переменного тока с резистором и катушкой индуктивности. Вы научились:

• Задавать параметры блока Источник напряжения для цепи переменного тока.

• Задавать параметры блока Катушка индуктивности для цепи переменного тока.