Cómo encontrar la respuesta en pasos de DC del circuito RLC semiparalelo

1

Hola a todos, me siento perplejo sobre cómo abordar este problema, ya que hay una resistencia en serie con el condensador para lo que es un circuito RLC paralelo.

En primer lugar, estoy intentando encontrar las ecuaciones de respuesta a pasos para i_L (t) y V_c (t).

En lo que respecta al diagrama, la onda cuadrada de 6 V está justo ahí para actuar como una fuente de voltaje de CC conmutada.

He estado jugando con las leyes de Kirchoff y DEqs, pero no puedo encontrar la manera de configurar algo que pueda encontrar una solución.

Dicho esto, he encontrado las condiciones iniciales para el cierre del interruptor, justo después y las condiciones finales en caso de que sean necesarias más adelante.

Antes del cierre del interruptor: $$ V_L (0 -) = 0V, i_L (0 -) = 2A $$ $$ V_c (0 -) = 0V, i_c (0 -) = 0A $$ $$ V_ {R_ {eq}} (0 -) = 0V, i_ {R_ {eq}} (0 -) = 0A $$

Justo después del cierre: $$ V_L (0 +) = 2.8708V, i_L (0 +) = 2A $$ $$ V_c (0 +) = 0V, i_c (0 +) = 0.01435A $$ $$ V_ {R_ {eq}} (0 +) = 2.8708V, i_ {R_ {eq}} (0 +) = 0.50718A $$

Condiciones finales: $$ V_L (\ infty) = 0V, i_L (\ infty) = 3A $$ $$ V_c (\ infty) = 0V, i_c (\ infty) = 0A $$ $$ V_ {R_ {eq}} (\ infty) = 0V, i_ {R_ {eq}} (\ infty) = 0A $$

Sea $$ V_a $$ el voltaje del nodo de los elementos paralelos. Configurando la ecuación de voltaje de nodo que tenemos

$$ i_L + i_ {R_ {eq}} + i_ {C, R_2} = \ frac {6-V_a} {6} + 2 $$

Tenga en cuenta que, $$ i_ {C, R_2} = \ frac {V_a-V_c} {R_2} $$ y $$ i_ {R_ {eq}} = \ frac {V_a} {R_ {eq}} $ $

Entonces,

$$ i_L + \ frac {V_a} {R_ {eq}} + \ frac {V_a-V_c} {R_2} = \ frac {6-V_a} {6} + 2 $$

Tenga en cuenta que $$ L \ frac {d} {dt} i_L = V_a $$ para poder diferenciar ambos lados y multiplicar por L, para eliminar todas las corrientes. Sin embargo, todavía tengo $$ V_C $$, que es lo que me impide avanzar.

Estoy empezando a pensar que necesito más ecuaciones ...

Cualquier ayuda en esto sería muy apreciada.

    
pregunta Big Gulps

2 respuestas

0

SucedequemirespuestaoriginalfuecorrectamientrasquemisimulacióndePSPICEfueincorrecta.Alvolveraestimularelcircuitooriginalanteriorseobtienenlosmismosresultadosquemisoluciónanalítica.Asíquemiprocesodesoluciónfuerealmenteválido.

Conlaesperanzadequeestoayudeaotroscomoyo,escribímisoluciónyelprocesoqueuséparaobtenerlaacontinuación.

PASO0:identifiqueelordendelasecuacionesdiferenciales

DadoqueestecircuitocontieneR,LyC,esunaEDOdesegundoorden.

Nota:puedeterminarconunsistemadeEDOenlugardeunasolaEDO.

PASO1:Buscarcondicionesiniciales

Antesdelcierredelinterruptor.Resuelvatratandoelinductorcomoresistenciaceroyelcondensadorcomounaresistenciainfinita.

$$V_L(0^-)=0V,i_L(0^-)=2A$$$$V_c(0^-)=0V,i_c(0^-)=0A$$

Justodespuésdelcierre.Resuelvatratandoelcondensadorcomoresistenciaceroyelinductorcomoresistenciainfinita.Tengaencuentaquelacorrienteatravésdeuninductornopuedecambiarinstantáneamente,nilatensiónatravésdeuncapacitor.Asíqueestosvaloressonlosmismosqueloslímitesparazurdos.

$$V_L(0^+)=2.8708V,i_L(0^+)=2A$$$$V_c(0^+)=0V,i_c(0^+)=0.01435A$$

Entoncestenemosquelascondicionesinicialesparai_Lson

$$\begin{equation}\begin{cases}i_L(0^+)=2\\i^{'}_L(0^+)=\frac{V_L(0^+)}{L}=28.708\end{cases}\end{equation}$$

PASO3:simplifiqueelcircuitodespuésdelcierredelinterruptor

Utilicetransformacionesdeorigenyreduccionesdeseries/paralelas.

PASO 4: Utilice KVL y KCL para obtener el Sistema de Ecuaciones Linealmente Independientes

$$ \ begin {equation} \ begin {cases} i_L + i_ {R_ {eq}} + i_ {C, R_2} = 3 & \ text {(KCL)} \\ -V_L + V_C + R_2CV ^ {'} _ C = 0 & \ text {(KVL)} \ end {cases} \ end {equation} $$

Note cualquier identidad útil:

$$ \ begin {equation} \ begin {cases} V_L = Li ^ {'} _ L \\ i_ {R_ {eq}} = \ frac {V_L} {R_ {eq}} = \ frac {L} {R_ {eq}} i ^ {'} _ L \\ i_ {C, R_2} = CV ^ {'} _ C \ end {cases} \ end {equation} $$

Modifique el sistema de ecuaciones a la menor cantidad posible de variables independientes. En este caso habrá dos variables independientes.

$$ \ begin {equation} \ begin {cases} i_L + \ frac {L} {R_ {eq}} i ^ {'} _ L + CV ^ {'} _ C = 3 & \ text {(Eq1)} \\ -Li ^ {'} _ L + V_C + R_2CV ^ {'} _ C = 0 & \ text {(Eq2)} \ end {cases} \ end {equation} $$

PASO 5: Eliminación de variables

Es arbitraria qué variable eliminar, pero como tenemos las condiciones iniciales para i_L, eliminaremos V_C.

Realice la operación lineal (Eq2) -R_2 (Eq1), entonces tenemos

$$ - L (1+ \ frac {R_2} {R_ {eq}}) i ^ {'} _ L + V_C-R_2i_L = -3R_2 $$

Reorganizando para obtener V_C, tenemos

$$ V_C = -3R_2 + L (1+ \ frac {R_2} {R_ {eq}}) i ^ {'} _ L + R_2i_L \ text {..... (Eq3)} $$

Ahora tomamos el derivado de (Eq3)

$$ V ^ {'} _ C = L (1+ \ frac {R_2} {R_ {eq}}) i ^ {' '} _ L + R_2i_L ^ {'} \ text {..... ( Eq4)} $$

y sustituya (Eq4) en (Eq1) para obtener

$$ \ begin {equation} \ begin {cases} i_L (0 ^ +) = 2 \\ i ^ {'} _ L (0 ^ +) = 28.708 \\ LC (1+ \ frac {R_2} {R_ {eq}}) i ^ {''} _ L + (\ frac {L} {R_ {eq}} + CR_2) i ^ {'} _ L + i_L = 3 \ end {cases} \ end {equation} $$

Luego resuelve esta ecuación no homogénea para i_L y sustituye esta solución en (Eq3) para obtener V_C. Escribiría la solución, pero es un verdadero lío de látex que hacer.

    
respondido por el Big Gulps
1

uno más para ti:

\ $ i_ {cR_2} = C \ frac {dV_c} {dt} = \ frac {V_a-V_c} {R_2} = f (V_a, V_c) ---- (3) \ $

Ahora tienes tres ecuaciones independientes y tres incógnitas (\ $ i_L, V_c, V_a \ $) para resolver todo.

    
respondido por el MITU RAJ

Lea otras preguntas en las etiquetas