1 SATE1040 PIIRIANALYYSI I / MAARIT VESAPUISTO: APLAC -HARJOITUSTYÖ / KEVÄT 2008 RYHMÄ 4: Luoma, Tervo Harjoitustyön tarkoituksena on ensisijaisesti tutustua Aplac-simulointiohjelmiston ominaisuuksiin ja käyttöön. Lisäksi simulaatioiden valmistelussa ja harjoitustyön raportointivaiheessa on tavoitteena syventää sähköisten piirien käyttäytymisen ymmärtämistä (syy-seuraus suhteet). Harjoitustyöt tehdään ryhmissä (1-3 henkilöä). Harjoitustyön hyväksytty suoritus on edellytys hyväksytyn tenttiarvosanan kirjaamiselle. Ensimmäinen versio on oltava palautettu tarkastettavaksi 24.05.2008 mennessä.
2 1. ESITEHTÄVÄT Tehtäviin liittyvät tehdyt laskutoimitukset liitteeksi raporttiin. Vastaukset tähän paperiin. 1.1. Esitehtävä 1: DC-analyysi Laske kuvassa 1 esitetyssä piirissä vastusten läpi kulkevat virrat ja vastusten yli olevat jännitteet. Merkitse kuvaan 1 kussakin suureessa käyttämääsi referenssisuuntaa kuvaava nuoli. Alkuarvot löytyvät taulukosta 1. R 1 R 2 E R 3 R 4 Kuva 1. Piirikaavio esitehtävään 1.1. ja tehtävään 2.1. Taulukko 1. Alkuarvot esitehtävään 1.1 ja tehtävään 2.1. E = 10 V R 1 = 100 Ω R 2 = 100 Ω R 3 = 150 Ω R 4 = 150 Ω Taulukko 2. Vastaukset esitehtävään 1.1. I E = I 1 = I 2 = I 3 = I 4 = U E = U 1 = U 2 = U 3 = U 4 =
3 1.2. Esitehtävä 2: AC-analyysi Laske kuvassa 2 esitetyssä piirissä komponenttien läpi kulkevat virrat ja yli olevat jännitteet. Merkitse kuvaan 2 kussakin suureessa käyttämääsi referenssisuuntaa kuvaava nuoli. Alkuarvot taulukossa 2. R 1 E R 2 L C Kuva 2. Piirikaavio esitehtävään 1.2 ja tehtävään 2.2 Taulukko 3. Alkuarvot esitehtävään 1.2 ja tehtävään 2.2. e = 2 10sin ( 2π50t ) V R 1 = 200 Ω R 2 = 100 Ω L = 40 mh C = 70 µf Taulukko 4. Vastaukset esitehtävään 1.2. I R1 = I R2 = I L = I C = U R1 = U R2 = U L = U C =
4 1.3. Esitehtävä 3: suodattimet Laske kuvassa 3 esitetyssä piirissä komponenttien läpi kulkevat virrat ja komponenttien yli olevat jännitteet, kun taajuus on 50 Hz. Merkitse kuvaan 3 kussakin suureessa käyttämääsi referenssisuuntaa kuvaava nuoli. Millainen suodatin on kyseessä (perustele)? Laske resonanssitaajuus. R g E g L C R L Kuva 3. Piirikaavio esitehtävään 1.3 ja tehtävään 2.3. Taulukko 5. Alkuarvot esitehtävään 1.3 ja tehtävään 2.3. E g = 10 V R g = 20 Ω R L = 20 Ω L = 20 mh C = 50 µf Taulukko 6. Vastaukset esitehtävään 1.3. I Rg = I RL = I L = I C = U Rg = U RL = U L = U C =
5 1.4. Esitehtävä 4: kolmivaihesähkö Laske kuvassa 4 esitetyssä symmetristä kolmivaihejärjestelmää kuvaavassa piirissä vaihejännitteet ja virrat sekä pääjännitteet ja virrat. Merkitse kuvaan 4 kussakin suureessa käyttämääsi referenssisuuntaa kuvaava nuoli. E R R E S R E T R Kuva 4. Piirikaavio esitehtävään 1.4. Taulukko 7. Alkuarvot esitehtävään 1.4. e = 2 10sin ( 2π50t ) V R = 200 Ω Taulukko 8. Vastaukset esitehtävään 1.4. I R = I S = I T = I RS = I ST = I TR = U R = U S = U T = U RS = U ST = U TR =
6 2. APLAC-OHJELMISTOLLA SUORITETTAVAT TEHTÄVÄT Tehtäviin liittyvät Aplac-ajot (eli kuva piirikaaviosta, simulointitiedosto ja itse simulointiajo) liitetään word-dokumenttiin. Samoin kirjalliset vastaukset tehtäväkohtaisesti esitettyihin kysymyksiin. Loppuraportti kirjoitetaan VY:n teknillisen tiedekunnan harjoitustöiden kirjoitusohjeita noudattaen. (ks Template Tutti ry:n Aineistovarastosta: http://www.tutti.fi/index.php?id=37). 2.1. Tehtävä 1: DC-analyysi Ratkaise esitehtävä 1.1 Aplac-ohjelmistoa apuna käyttäen. Tämän jälkeen kasvata R 3 :n arvo kaksin kertaiseksi, ja ratkaise uudelleen. Miten tekemäsi muutos vaikutti haaroissa kulkeviin virtoihin ja vastusten yli oleviin jännitteisiin? Mihin ko. muutokset teoreettisesti perustuvat? 2.2. Tehtävä 2: AC-analyysi Ratkaise esitehtävä 1.2 Aplac-ohjelmistoa apuna käyttäen. Tämän jälkeen kasvata C 1 :n arvo kymmenkertaiseksi, ja ratkaise uudelleen. Huom! Esitä graafisesti jännitteiden ja virtojen hetkellisarvot. Miten tekemäsi muutos vaikutti haaroissa kulkeviin virtoihin ja komponenttien yli oleviin jännitteisiin (sekä suuruus että vaihesiirtokulma)? Mihin ko. muutokset teoreettisesti perustuvat? 2.3. Tehtävä 3: Suodattimet Ratkaise esitehtävä 1.3 Aplac-ohjelmistoa apuna käyttäen. Esitä graafisesti piirin käyttäytyminen eri taajuusarvoilla.