Akademia Techniczno Humanistyczna w Bielsku-Białej

Wydział Budowy Maszyn i Informatyki

Katedra Elektrotechniki i Automatyki

Ćwiczenie nr.

4

Metody Komputerowe w Inżynierii Elektrycznej

Rok / Semestr:

3/6

Wykonano:

2.04.2003

Temat:

ANALIZA PARAMETRYCZNA

Grupa / Sekcja:

1/3

Oddano: Ocena:

Imię i nazwisko:

16.04.2003

Paweł Knapek

Grzegorz Knyps

Adam Szafron

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z analizą parametryczną przeprowadzaną za pomocą

programu PSpice. Zastosowanie tej analizy do badania wpływu zmian pojemności i
indukcyjności na przebiegi charakterystyk rezonansowych dwójnika szeregowego RLC oraz
przekształtnika DC/DC obniżającego napięcie.

2. Rezonans szeregowy:

a) schemat

układu badanego:

b) ustawienia analizy parametrycznej:

—

charakterystyka I = f(f):

Analysis

→Setup→Ac Sweep:

• Ac Sweep Type→decade
• Sweep Parameters→

Pts/Decade:100
Start Freq.: 10
End Freq.: 1K

Analysis

→Setup→Parametric:

• Swept Var. Type→Global Parameter
• Sweep Type→Linear

• Name: Cvar (Lvar)
• Start Value: 1uF (100mH)

• End value: 9uF (300mH)

• Increment: 4uF (100mH)

—

charakterystyka Im{Z} = f(f)

Analysis

→Setup→Ac Sweep:

• Ac Sweep Type→decade
• Sweep Parameters→

Pts/Decade:100
Start Freq.: 10

End Freq.: 1K

Analysis

→Setup→Parametric:

• Swept Var. Type→Global Parameter
• Sweep Type→Linear

• Name: Cvar (Lvar)

• Start Value: 1uF (100mH)
• End value: 9uF (300mH)

• Increment: 4uF (100mH)

Probe

→Trace→Add:

IMG(V(V1:+)/I(R1))

—

charakterystyka

Ψ

I

= f(f):

Markers

→Mark Advanced→Iphase

Analysis

→Setup→Ac Sweep:

• Ac Sweep Type→decade
• Sweep Parameters→

Pts/Decade:100
Start Freq.: 10
End Freq.: 1K

Analysis

→Setup→Parametric:

• Swept Var. Type→Global Parameter
• Sweep Type→Linear
• Name: Cvar (Lvar)

• Start Value: 1uF (100mH)

• End value: 9uF (300mH)
• Increment: 4uF (100mH)

Analizę przeprowadzono również dla stałej wartości pojemności (C = 5uF), a

zmieniającej się wartości indukcyjności.

c) wykresy otrzymane podczas analizy:

Charakterystyka I = f(f) dla L = 200mH, C = var.

Charakterystyka Im{Z} = f(f) dla L = 200mH, C = var.

Charakterystyka

Ψ

I

= f(f) dla L = 200mH, C = var.

Charakterystyka I = f(f) dla L =var, C = 5uF.

Charakterystyka Im{Z} = f(f) dla L = var, C = 5uF.

Charakterystyka

Ψ

I

= f(f) dla L = var, C = 5uF.

3. Przekształtnik DC/DC obniżający napięcie:

a) schemat

układu badanego:

b) ustawienia analizy parametrycznej:

Analysis

→Setup→Parametric:

• Swept Var. Type→Global Parameter
• Sweep Type→Decade

• Name: Lvar

• Start Value: 0.01m

• End value: 1.01
• Pts/decade: 2

Analysis

→Setup→Transient:

• Print Step: 20ns

• Final Time: 100us

c) wykresy otrzymane podczas analizy:

—

przebiegi napięcia wyjściowego;

—

przebiegi prądu w zależności od wartości indukcyjności.

Przebieg napięcia wyjściowego dla wszystkich wartości indukcyjności.

Przebieg napięcia wyjściowego dla wszystkich wartości indukcyjności,

gdy nie ma diody.

Przebieg napięcia wyjściowego dla wszystkich wartości indukcyjności,

gdy dioda włączona na odwrót.

Przebieg prądu w zależności od indukcyjności.

Przebieg prądu w zależności od indukcyjności,

gdy brak diody.

Przebieg prądu w zależności od indukcyjności,

gdy dioda włączona na odwrót.

4. Własny przykład do analizy parametrycznej:

Mostek Graetza (prostownik jednofazowy)

—

schemat układu badanego

—

ustawienia analizy:

o dla zmiennej wartości pojemności (L = 10mH):

Analysis

→Setup→Parametric:

• Swept Var. Type→Global Parameter
• Sweep Type→Linear

• Name: Cvar

• Start Value: 0.5m

• End value: 5m
• Increment: 1.5m

Analysis

→Setup→Transient:

• Print Step: 0.5m

• Final Time: 40ms

o dla zmiennej wartości indukcyjności:

Analysis

→Setup→Parametric:

• Swept Var. Type→Global Parameter
• Sweep Type→Linear

• Name: Lvar

• Start Value:1m
• End value: 40m

• Increment: 10m

Analysis

→Setup→Transient:

• Print Step: 0.5m

• Final Time: 40ms

—

wykresy otrzymane podczas analizy:

Przebiegi napięcia i prądu wyjściowego.

Przebieg napięcia i prądu przy zmianach pojemności C = var

L = 10mH.

Przebieg napięcia i prądu przy zmianach indukcyjności L = var C = 1mF.

5. Wnioski:

Analiza parametryczna umożliwia wykreślenie określonych charakterystyk np.

częstotliwościowych, czasowych, dla zmiennych wartości odpowiedniego elementu. Wartości
elementu możemy zmieniać w sposób np. liniowy, dekadowy, oktawowy.

Aby przeprowadzić analizę parametryczną należy z biblioteki elementów wyciągnąć

element o nazwie Param (Parameters ). Do określenia zakresu zmian wartości elementu
należy w „Setup” zaznaczyć „Parametric” , w którym określamy odpowiednio: wartość
początkową i końcową, skok wartości(tzn. co ile ma się zmieniać wartość elementu) zmian
elementu.

Jako pierwszy badaliśmy rezonans szeregowy. Najpierw była zmieniana wartość

pojemności, następnie wartość indukcyjności. Wykreślone zostały charakterystyki
częstotliwościowe: I = f(f), Im{Z} = f(f),

Ψ

I

= f(f).

Z charakterystyk I = f(f) widać że przy C = var częstotliwość rezonansowa się zmienia

wraz ze zmianą pojemności. Im większa jest pojemność tym mniejsza wartość częstotliwości
rezonansowej np.: dla C = 1µF f

r

= 0,356kHz, a dla C = 9 µF f

r

= 0,118kHz. Zniama

indukcyjności również powoduje zmianę wartości częstotliwości rezonansowej. Im większa
jest indukcyjność tym częstotliwość rezonansowa mniejsza np.: dla L = 100mH f

r

= 0,224kHz

a dla L = 300mH f

r

= 0,129kHz. Maksymalna wartość prądu występuje w chwili rezonansu,

dla wszystkich zmian pojemności i indukcyjności ma wartość taką samą I = 6,66mA.

Charakterystyki Im{Z} = f(f) pokazują nam, że w chwili rezonansu część urojona

impedancji jest równa zero. Dla częstotliwości mniejszych od częstotliwości rezonansowej
część urojona ma charakter pojemnościowy, natomiast dla częstotliwości większych od
częstotliwości rezonansowej część urojona ma charakter indukcyjny.

Z charakterystyk

Ψ

I

= f(f) widać, że w chwili rezonansu wartość kąta przesunięcia

fazowego prądu wynosi zero.

Kolejnym badanym układem był przetwornik DC/DC obniżający napięcie. Badanie tego

układu odbywało się dla różnych wartości indukcyjności. Podczas analizy należało wykreślić
przebiegi napięcia i prądu wyjściowego.

Z charakterystyk przebiegu napięcia widać:
1. Dla diody włączonej w kierunku zaporowym przebieg napięcia na wyjściu na kształt

prostokątny co wynika z odpowiedniego sterowania prądem bazy tranzystora.

2. Gdy dioda została usunięta i gdy jest włączona w kierunku przewodzenia to napięcie

wyjściowe jest w postać tzw, szpilek. Szpilki te pojawiają się w momencie zaniku
prądu płynącego przez odbiornik. Przy braku diody przepięcia na cewce mają bardzo
dużą wartość sięgającą nawet 60kV. Gdy dioda jest włączona w kierunku
przewodzenia przepięcia te są znacznie mniejsze.

Z charakterystyk przebiegu prądu widać:

1. Przy

małych wartościach indukcyjności mamy do czynienia z pracą przerywną czyli

następuje zanik prądu odbiornika. Wzrost indukcyjności powoduje, że zaczynamy
wchodzić w zakres pracy ciągłej.

2. Gdy brak jest diody to widzimy, że prąd jest podtrzymywany przez przepięcie na

cewce.

3. Gdy dioda włączona jest w kierunku przewodzenia to prąd płynący przez odbiornik

ma wartość bardzo małą. Wynika z tego, że większość prądu zamyka się przez diodę.
Przebieg prądu przez odbiornik jest w obu kierunkach.

Jako ostatni badaliśmy układ wybrany przez siebie. Nasza grupa wybrała mostek Graetza.

Symulację przeprowadziliśmy dla zmieniającej się pojemności i indukcyjności. Z
charakterystyk otrzymanych podczas symulacji możemy wywnioskować:

1. Zmiana

pojemności powoduje zmianę przebiegu napięcia wyjściowego. Im

pojemność większa tym napięcie na wyjściu ma łagodniejszy kształt.

2. Zmiana

indukcyjności powoduje zmianę przebiegu prądu. Im większa

indukcyjność tym przebieg prądu jest łagodniejszy.