Lezione PSPICE n.6 Lezione PSPICE n.6

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Lezione PSPICE n.6 Lezione PSPICE n.6

Università degli Studi di Napoli Federico II CdL Ing. Elettrica

Corso di Laboratorio di Circuiti Elettrici

Dr. Carlo Petrarca

Dipartimento di Ingegneria Elettrica

Università di Napoli FEDERICO II

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Lezione 6

Cosa impareremo ….

1) Circuiti dinamici di ordine uno 2) Induttori accoppiati

2) Induttori accoppiati 3) Trasformatore ideale

Anno Accademico 2011-2012 Lezione PSPICE n.6

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Carica del condensatore

1. Circuiti di ordine uno

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Il componente Sw_tClose è un interruttore e si chiude in un istante prefissato t=tClose.

Draw → Get New Part → Sw_tClose

Anno Accademico 2011- 2012 Lezione PSPICE n.6

Fare doppio click sul componente per impostare i parametri caratteristici.

4

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tClose è l’istante di chiusura.

Rclosed è la resistenza equivalente quando è chiuso. Un interruttore ideale ha Rclosed=0.

Ropen è la resistenza equivalente quando è aperto. Un interruttore ideale ha Ropen=∞.

ttran è l’intervallo di tempo in cui avviene la chiusura. Un

interruttore ideale ha ttran=0

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Fare doppio clic sul condensatore

1 2

V 12

1.

Indicare il valore della capacità del condensatore

2.

Impostare la condizione iniziale (IC) della variabile di stato tensione v sul condensatore. Se il condensatore è scarico, porre IC=0

Attenzione! La tensione da impostare è sempre la tensione V

₁₂

, tra il morsetto 1 e il morsetto 2

6

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Final Time: specifica la durata della simulazione;

Print Step: passo temporale per la visualizzazione dei risultati sul grafico Analysis Setup Transient

Per studiare il transitorio di inserzione del condensatore:

visualizzazione dei risultati sul grafico

Step Ceiling: è l’intervallo massimo

tra due punti di simulazione. Se la

casella è vuota, sarà scelto in modo

automatico da PSpice

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Carica del condensatore

60V 80V 1 100V

60mA 80mA 100mA 2

Time

0s 0.5us 1.0us 1.5us 2.0us 2.5us 3.0us 3.5us 4.0us 4.5us 5.0us

1 V(R1:2) 2 -I(C1) 0V

20V 40V

0A 20mA 40mA

>>

corrente tensione

8

(9)

( )

⁰

( ) ( )

¹ ^RC^t ¹ ¹

¹

^RC^t

C C Cp

v t v t v t V e V V e

−



−



= + = − + =  − 

 

τ = RC ( ) ( )

( ) ( )

1

1 1

3

1 0.63

3 1 0.95

v

C

V e V

v V e V

τ τ

−

= − =

La costante di tempo

τ = RC ( ) ( )

( ) ( )

3

1 1

5

1 1

3 1 0.95

5 1 0.99

C

v V e V

τ τ

−

= − =

Dopo un intervallo di tempo pari a circa 5 τ la

tensione sul condensatore ha praticamente

raggiunto il valore di regime V1

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Calcolo della costante di tempo

Se usiamo il cursore e ci posizioniamo sulla curva della tensione in corrispondenza del valore 0.632*V1=63,2V, ricaviamo la costante di tempo τ =1 µ 6

10

(11)

Significato della costante di tempo

80V 100V

Se facciamo un’analisi parametrica al variare della resistenza R, scopriamo come la costante di tempo influenza il transitorio

Time

0s 2us 4us 6us 8us 10us 12us 14us 16us 18us 20us

V(R1:2) 0V

20V 40V 60V

R

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Carica e scarica del condensatore

Chiudendo l’interruttore U1 il condensatore si carica. Dopo 6 µ s, chiudendo U2 e aprendo U3, il condensatore si scarica sulla resistenza R2

12

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Carica e scarica del condensatore

60V 80V 1 100V

40mA 60mA 80mA 100mA 2

Time

0s 2us 4us 6us 8us 10us 12us 14us 16us 18us 20us

1 V(R1:2) 2 -I(C1) 0V

20V 40V

-20mA 0A 20mA

>>

corrente tensione

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Circuiti del primo ordine con generatori sinusoidali

( ) ( )

1

1000 cos 2 10000 ; 2000 ; 40 ; 0 100

6

^L

v t = ^  π t + π ^  R = Ω L = mH i = mA

 

14

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Poiché l’analisi è svolta nel dominio del tempo, non è possibile usare i generatori Vac e Iac che sono usati per il metodo simbolico

I generatori sinusoidali da introdurre sono Vsin e Isin

Draw → Get New Part → Vsin

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Fare doppio click su Vsin e inserire:

Voff=0 (tensione di offset)

Vampl= 1000 (valore massimo) Freq= 1k (frequenza)

Phase= 120 (fase iniziale in gradi, riferita sempre al sin)

16

(17)

0A 200mA 400mA

Andamento della corrente nell’induttore

Time

0s 100us 200us 300us 400us 500us 600us

-I(L1) -400mA

-200mA

Corrente nell’induttore

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Ricaviamo la potenza istantanea assorbita a regime dall’induttore e dal resistore

100W 200W

resistore

Time

500us 550us 600us 650us 700us 750us 800us 850us 900us 950us 1000us

I(L1)* (V(L1:1)- V(L1:2)) I(R1)* (V(R1:1)- V(R1:2)) -200W

-100W 0W

induttore

¹⁸

(19)

v

₁

i

₁

v

₂

i

₂

2. Induttori accoppiati

( ) ( )

1 2

1 1

1 2

2 2

di di

v t L M

dt dt

di di

v t M L

dt dt

 = +

 

 = +



1 1 1 2

2 1 2 2

V j L I j M I V j M I j L I

ω ω

 = +

 

= +



1 2

0 0

1 .

k M

k acc perfetto L L

= ⇒ =

=  

= ⇒



(20)

In spice gli induttori accoppiati si introducono tramite XRFM_LINEAR

Indicare :

1)L1 (L1_Value) Fare doppio clic sul simbolo

dell’accoppiamento mutuo e inserire i parametri richiesti

2)L2 (L2_Value) 3)k (Coupling)

k=M/sqrt(L1*L2)

Ricordare che:

a) -1<=k<=+1

b) non possono esistere nel circuito parti separate

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(21)

v

₁

i

₁

v

₂

i

₂

a:1

( ) ( ) ( ) ( )

1 2

1 v t a v t

i t

i t a

 =

 

  = −

 

3. Trasformatore ideale

In Pspice non esiste il trasformatore ideale E’ possibile ottenerlo se si pone :

1 2

; 1;

L a k L

L = = → ∞

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Il circuito di figura è a regime sinusoidale. Il trasformatore è ideale ed ha rapporto di trasformazione a=4. Verificare le relazioni tra correnti e tensioni ai capi del trasformatore

( ) ^t ( ^t )

v

₁

= 10 sin 2 π 100 ⋅

22

(23)

Il circuito da adottare è il seguente.

(24)

**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG C FREQ VM($N_0004,0)VP($N_0004,0)

1.000E+02 1.379E+00 1.472E-06

FREQ VM($N_0005,0) 1.000E+02 3.448E-01

**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG C

24

*****************************************************************************

FREQ IM(V_PRINT3)IP(V_PRINT3)

1.000E+02 8.621E-02 -2.355E-07

FREQ IM(V_PRINT4)IP(V_PRINT4)

1.000E+02 3.448E-01 -1.800E+02