Объект: I

Библиотека: Electronics

Имя на уровне решателя: Electronics.I

Аннотация: Источник тока постоянной величины

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	Port1	ELECTRIC	Электрический порт 1 положительного полюса источника тока
2	Port2	ELECTRIC	Электрический порт 2 отрицательного полюса источника тока

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	I	real	Значение тока	A	1.0

Расчетные и измеряемые величины:

№	Параметр	Описание	Единица
1	V_Voltage1	Электрический потенциал на порте ;	V
2	S_ElectricCurrent1	Электрический ток на порте ;	A
3	V_Voltage2	Электрический потенциал на порте ;	V
4	S_ElectricCurrent2	Электрический ток на порте ;	A

Результаты тестирования

Источник синусоидального тока (неидеальный) (I). Проверка формирования сигнала.

Описание устройства

Источник синусоидального тока — это активный элемент электрической цепи, который преобразует энергию источника питания в электрическую энергию и обеспечивает во внешней цепи ток, изменяющийся во времени по гармоническому (синусоидальному) закону.

В данной модели реализован неидеальный источник тока, который приближается к идеальному, но имеет конечные значения внутреннего сопротивления и другие реалистичные ограничения.

Математическое описание

Ток, генерируемый источником, описывается выражением:

\[i(t) = I_{max} \cdot \sin(2\pi f t + \phi)\]

где:

• \(I_{max}\) — амплитудное значение тока (в данном тесте равна 1 А)

• f — частота сигнала (задается параметрами источника)

• φ — начальная фаза колебаний

Свойства идеального источника тока

Идеальный источник тока обладает следующими характеристиками:

• Выходной ток не зависит от сопротивления нагрузки — при любом сопротивлении (вплоть до короткого замыкания) ток остается неизменным.

• Внутреннее сопротивление стремится к бесконечности — это обеспечивает независимость тока от внешней цепи.

• ЭДС источника стремится к бесконечности — теоретически, чтобы продавить заданный ток через любое сопротивление.

• Напряжение на нагрузке определяется сопротивлением нагрузки: \(U_{нагр} = I_{max} \cdot R_{нагр} \cdot \sin(2\pi f t)\).

Неидеальный источник тока

Реальный (неидеальный) источник тока отличается от идеального наличием:

• Конечного внутреннего сопротивления (Rвнутр, обычно большое, но не бесконечное)

• Ограниченной выходной мощности

• Ограниченного диапазона напряжений (не может создать бесконечное напряжение)

Чем выше внутреннее сопротивление источника по сравнению с сопротивлением нагрузки, тем ближе его свойства к идеальному источнику тока.

Анализ тестовой схемы

В данной тестовой схеме исследуется неидеальный источник синусоидального тока.

Схема представляет собой замкнутый контур, состоящий из:

• Источника синусоидального тока с амплитудой I = 1 А

• Резистора нагрузки R1 = 2 Ом

• Амперметра A1, включенного последовательно в цепь

Расчет ожидаемых значений

Согласно определению источника тока (даже неидеального), ток через нагрузку должен определяться преимущественно заданным током источника, а не сопротивлением нагрузки.

При достаточно высоком внутреннем сопротивлении источника (по сравнению с R1):

\[i_{A1}(t) \approx i_{источника}(t) = I \cdot \sin(2\pi f t)\]

При заданной амплитуде I = 1 А:

\[i_{A1}(t) = 1 \cdot \sin(2\pi f t)\ \text{А}\]

Амплитудное значение тока: 1 А. Действующее значение тока: \(I_{д} = I_{max} / \sqrt{2} \approx 0.707\ \text{А}\).

Датчик A1 должен показывать синусоидальный ток с амплитудой 1 А и частотой, заданной для источника тока.

Напряжение на нагрузке (по закону Ома):

\[u_{R1}(t) = i_{A1}(t) \cdot R1 = 1 \cdot \sin(2\pi f t) \cdot 2 = 2 \cdot \sin(2\pi f t)\ \text{В}\]

Амплитуда напряжения на нагрузке: 2 В.

Верификация свойств источника тока

Данный тест позволяет проверить основное свойство источника тока: независимость выходного тока от сопротивления нагрузки.

Если изменить сопротивление R1 (например, взять 1 Ом, 4 Ом, 10 Ом), ток через амперметр A1 должен оставаться неизменным (с амплитудой 1 А), а напряжение на нагрузке будет пропорционально изменяться (U = I·R).

Для идеального источника тока это свойство выполняется абсолютно. Для неидеального источника будет наблюдаться небольшое уменьшение тока при увеличении сопротивления нагрузки (из-за конечного внутреннего сопротивления источника).

Начальные данные

Параметры элементов схемы:

• I (амплитуда тока источника) = 1 А

• R1 (сопротивление нагрузки) = 2 Ом

• f (частота сигнала) — задается параметрами источника (на схеме)

• Rвнутр (внутреннее сопротивление источника, не указано, но предполагается достаточно большим для приближения к идеальному источнику)

• end (время интегрирования) = 5

Ожидаемая осциллограмма

На временной диаграмме должны наблюдаться:

• Синусоидальная форма тока идеальной формы (датчик A1).

• Амплитуда тока ровно 1 А (без отклонений).

• Синусоидальная форма напряжения на нагрузке (если измерять).

• Амплитуда напряжения 2 В (при R1 = 2 Ом).

• Отсутствие постоянной составляющей (сигнал симметричен относительно нуля).

• Совпадение по фазе тока и напряжения (для активной нагрузки).

Схема теста

Рисунок 1 — Схема тестирования неидеального источника синусоидального тока

График результата теста

Рисунок 2 - Electronics_model_I.Check