Risoluzione di un circuito con memoria al primo ordine: come trovare la costante di tempo. Elettrotecnica per l'Ingegneria, Automazione, Meccanica.
Andrea Alessi
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COSTANTE DI TEMPO PER CIRCUITI AL PRIMO ORDINE
1. RISOLUZIONE DI UNRISOLUZIONE DI UN
CIRCUITO CON MEMORIACIRCUITO CON MEMORIA
AL PRIMO ORDINE:AL PRIMO ORDINE:
TROVARE LA COSTANTETROVARE LA COSTANTE
DI TEMPODI TEMPO
ELETTROTECNICAELETTROTECNICA
SPIEGAZIONE CON ESERCIZI GUIDATISPIEGAZIONE CON ESERCIZI GUIDATI
ANDREA ALESSIANDREA ALESSI
3. ESERCIZIO CON INDUTTOREESERCIZIO CON INDUTTORE
PRINCIPALI STEP PER LA RISOLUZIONE DEL CIRCUITO
ELIMINARE I GENERATORI DI CORRENTE/TENSIONE
INDIPENDENTI
SOSTITUIRE IL COMPONENTE CON MEMORIA CON IL SUO
EQUIVALENTE GENERATORE INDIPENDENTE (IN QUESTO CASO UN
GENERATORE DI CORRENTE)
IL VERSO DELLA CORRENTE O TENSIONE E ARBITRARIO
DARE UN NOME ED UN VERSO ARBITRARIO AD OGNI CORRENTE DI
RAMO
SCRIVERE LE LEGGI DI KIRCHHOFF DELLE CORRENTI AGLI N-1
NODI DEL CIRCUITO (E PREFERIBILE SCEGLIERE SE E POSSIBILE
UN NODO CHE NON CONTENGA LA CORRENTE NELLINDUTTORE)
7. ESERCIZIO CON INDUTTOREESERCIZIO CON INDUTTORE
LEGGI DI KIRCHHOFF DELLE CORRENTI:LEGGI DI KIRCHHOFF DELLE CORRENTI:
METTIAMO LE CORRENTI IN FUNZIONI DELLE ALTRE TRAMITE SEMPLICIMETTIAMO LE CORRENTI IN FUNZIONI DELLE ALTRE TRAMITE SEMPLICI
REGOLE DELLA MATEMATICAREGOLE DELLA MATEMATICA
SCEGLIAMO UNA MANIERA FURBA CHE PUO ESSERE QUESTASCEGLIAMO UNA MANIERA FURBA CHE PUO ESSERE QUESTA
ED INFINE LE SCRIVIAMO COSI:ED INFINE LE SCRIVIAMO COSI:
E CONVENIENTE PER FACILITA DI LETTURA SOSTITUIRLE NEL CIRCUITOE CONVENIENTE PER FACILITA DI LETTURA SOSTITUIRLE NEL CIRCUITO
N.B. NON E LUNICA SOSTIUZIONE POSSIBILEN.B. NON E LUNICA SOSTIUZIONE POSSIBILE
9. ESERCIZIO CON INDUTTOREESERCIZIO CON INDUTTORE
GIUNTI A QUESTO PUNTO DOBBIAMO IDENTIFICARE LE NOSTREGIUNTI A QUESTO PUNTO DOBBIAMO IDENTIFICARE LE NOSTRE
CORRENTI INCOGNITE CHE SONO: I e ICORRENTI INCOGNITE CHE SONO: I e I22 E LE METTIAMO INE LE METTIAMO IN
FUNZIONE DI IFUNZIONE DI ILL
PER TROVARLE SARA SUFFICIENTE SCRIVERE LE LEGGI DIPER TROVARLE SARA SUFFICIENTE SCRIVERE LE LEGGI DI
KIRCHHOFF DELLE TENSIONI DI MAGLIA CON I RAMI CHEKIRCHHOFF DELLE TENSIONI DI MAGLIA CON I RAMI CHE
CONTENGONO LE CORRENTI INCOGNITE, UNA MAGLIA E UNACONTENGONO LE CORRENTI INCOGNITE, UNA MAGLIA E UNA
QUALSIASI SEQUENZA CHIUSA DI NODI QUINDI POSSONO ESSEREQUALSIASI SEQUENZA CHIUSA DI NODI QUINDI POSSONO ESSERE
PRESE AD ARBITRIO PURCHE SIANO LINEARMENTEPRESE AD ARBITRIO PURCHE SIANO LINEARMENTE
INDIPENDENTI TRA DI LOROINDIPENDENTI TRA DI LORO
QUINDI POSSONO ESSERE SCELTE ANCHE QUESTE IN MANIERAQUINDI POSSONO ESSERE SCELTE ANCHE QUESTE IN MANIERA
FURBA PER EVITARCI CALCOLI INUTILIFURBA PER EVITARCI CALCOLI INUTILI
SE PER ESEMPIO VOLESSIMO SCEGLIERE COME RAMO DI MAGLIASE PER ESEMPIO VOLESSIMO SCEGLIERE COME RAMO DI MAGLIA
QUELLO CONTENENTE IL GENERATORE PILOTATO DOVREMMOQUELLO CONTENENTE IL GENERATORE PILOTATO DOVREMMO
PRENDERE UNALTRA MAGLIA PER TROVARE ANCHE LA SUAPRENDERE UNALTRA MAGLIA PER TROVARE ANCHE LA SUA
TENSIONE, IL CHE VORREBBE DIRE 3 EQUAZIONI E 3 INCOGNITETENSIONE, IL CHE VORREBBE DIRE 3 EQUAZIONI E 3 INCOGNITE
MA NON CI CONVIENE AI FINI DELLESERCIZIOMA NON CI CONVIENE AI FINI DELLESERCIZIO
CI LIMITIAMO AD UN SISTEMA DI 2 EQUAZIONI IN 2 INCOGNITECI LIMITIAMO AD UN SISTEMA DI 2 EQUAZIONI IN 2 INCOGNITE
10. ESERCIZIO CON INDUTTOREESERCIZIO CON INDUTTORE
DOBBIAMO ESEGUIRE DELLE SCELTE PER IL VERSO DI CORRENTI EDOBBIAMO ESEGUIRE DELLE SCELTE PER IL VERSO DI CORRENTI E
TENSIONI, PER QUANTO RIGUARDA QUESTO ESERCIZIO ABBIAMOTENSIONI, PER QUANTO RIGUARDA QUESTO ESERCIZIO ABBIAMO
FATTO LA SCELTA DEI GENERATORI, MA SI PUO USARE ANCHEFATTO LA SCELTA DEI GENERATORI, MA SI PUO USARE ANCHE
QUELLA DEGLI UTILIZZATORI PURCHE DOPO SIA TUTTOQUELLA DEGLI UTILIZZATORI PURCHE DOPO SIA TUTTO
COERENTECOERENTE
SCELTA DEI GENERATORI: CORRENTI E TENSIONI SONO POSITIVESCELTA DEI GENERATORI: CORRENTI E TENSIONI SONO POSITIVE
TRA DI LORO SE HANNO VERSO CONCORDE TRA DI LOROTRA DI LORO SE HANNO VERSO CONCORDE TRA DI LORO
SCELTA DEGLI UTILIZZATORI: CORRENTI E TENSIONI SONO TRASCELTA DEGLI UTILIZZATORI: CORRENTI E TENSIONI SONO TRA
DI LORO POSITIVE SE HANNO SEGNO DISCORDE TRA DI LORODI LORO POSITIVE SE HANNO SEGNO DISCORDE TRA DI LORO
ED INFINE GUARDIAMO LA MAGLIA PIU SEMPLICE PER LA VED INFINE GUARDIAMO LA MAGLIA PIU SEMPLICE PER LA VLL
(TENSIONE DEL GENERATORE INDIPENDENTE DI CORRENTE(TENSIONE DEL GENERATORE INDIPENDENTE DI CORRENTE
EQUIVALENTE DELLINDUTTORE)EQUIVALENTE DELLINDUTTORE)
12. ESERCIZIO CON INDUTTOREESERCIZIO CON INDUTTORE
SCRIVIAMO LE LEGGI PER LA VSCRIVIAMO LE LEGGI PER LA VLL::
CHE EQUIVALE A SCRIVERE:CHE EQUIVALE A SCRIVERE:
NOTIAMO CHE LUNICA CORRENTE CHE CI INTERESSA E LA INOTIAMO CHE LUNICA CORRENTE CHE CI INTERESSA E LA I
ORA SCRIVAIMO LE ALTRE LEGGI:ORA SCRIVAIMO LE ALTRE LEGGI:
SEMPLIFICHIAMO E METTIAMO TUTTO IN FUNZIONE DI ISEMPLIFICHIAMO E METTIAMO TUTTO IN FUNZIONE DI ILL::
13. ESERCIZIO CON INDUTTOREESERCIZIO CON INDUTTORE
PER TROVARE LA NOSTRA CORRENTE CHE CI INTERESSA, ILPER TROVARE LA NOSTRA CORRENTE CHE CI INTERESSA, IL
METODO PIU SEMPLICE E IL SISTEMA MATRICIALE, VISTO CHEMETODO PIU SEMPLICE E IL SISTEMA MATRICIALE, VISTO CHE
UN SISTEMA LINEARE, QUINDI UTILIZZEREMO IL METODO DIUN SISTEMA LINEARE, QUINDI UTILIZZEREMO IL METODO DI
CRAMER CHE CI CONSENTE DI TROVARE LE NOSTRE INCONGNITECRAMER CHE CI CONSENTE DI TROVARE LE NOSTRE INCONGNITE
IN MODO SEMPLICE ED INDIPENDENTEIN MODO SEMPLICE ED INDIPENDENTE
SCRIVIAMO LA MATRICE DELLE NOSTRE INCOGNITE (E UNA 2x2):SCRIVIAMO LA MATRICE DELLE NOSTRE INCOGNITE (E UNA 2x2):
NE CALCOLIAMO IL DETERMINANTE:NE CALCOLIAMO IL DETERMINANTE:
14. ESERCIZIO CON INDUTTOREESERCIZIO CON INDUTTORE
ORA PER TROVARE LA I IN FUNZIONE DELLA IORA PER TROVARE LA I IN FUNZIONE DELLA ILL DOBBIAMODOBBIAMO
SEMPLICE SOSTIRUIRE I TERMINI IN I CON I TERMINI IN ISEMPLICE SOSTIRUIRE I TERMINI IN I CON I TERMINI IN ILL,,
FARNE IL DETERMINANTE E POI DIVIDERE PER IL DETERMINANTEFARNE IL DETERMINANTE E POI DIVIDERE PER IL DETERMINANTE
TROVATO PRECEDENTEMENTETROVATO PRECEDENTEMENTE
SOSTITUIAMO IL RISULTATO NELLA VSOSTITUIAMO IL RISULTATO NELLA VLL
SCRIVIAMO ORA IL TUTTO IN FORMA DIFFERENZIALE:SCRIVIAMO ORA IL TUTTO IN FORMA DIFFERENZIALE:
RICORDANDOCI CHE L E LINDUTTANZA MISURATA IN HENRYRICORDANDOCI CHE L E LINDUTTANZA MISURATA IN HENRY
(H)(H)
15. ESERCIZIO CON INDUTTOREESERCIZIO CON INDUTTORE
ORA DOBBIAMO DIVIDERE ENTRAMBI I MEMBRI PER LIDUTTANZAORA DOBBIAMO DIVIDERE ENTRAMBI I MEMBRI PER LIDUTTANZA
CHE RICORDIAMO E 12.7 mH CIOE VALE A DIRE 12.7*10CHE RICORDIAMO E 12.7 mH CIOE VALE A DIRE 12.7*10-3-3
HH
DIMESIONALMENTE H=DIMESIONALMENTE H= * s (* s ( RESISTENZA , s TEMPO INRESISTENZA , s TEMPO IN
SECONDI) E IL COEFFICIENTE DELLA ISECONDI) E IL COEFFICIENTE DELLA ILL E UNA RESISTENZAE UNA RESISTENZA
QUINDI DIVIDENDO IL TUTTO, IL COEFFICIENTE SARAQUINDI DIVIDENDO IL TUTTO, IL COEFFICIENTE SARA
DIMENSIONALMENTE sDIMENSIONALMENTE s-1-1
E LO CHIAMEREMOE LO CHIAMEREMO 了了 ::
NOTIAMO CHE IL COEFFICIENTE HA SEGNO NEGATIVO QUINDI ILNOTIAMO CHE IL COEFFICIENTE HA SEGNO NEGATIVO QUINDI IL
SISTEMA E STABILESISTEMA E STABILE
PER CALCOLARE LA NOSTRA COSTANTE DI TEMPO (PER CALCOLARE LA NOSTRA COSTANTE DI TEMPO () E) E
SUFFICIENTE CALCOLARNE IL RECIPROCO DELLOPPOSTO DISUFFICIENTE CALCOLARNE IL RECIPROCO DELLOPPOSTO DI 了了 ::
17. ESERCIZIO CON CONDENSATOREESERCIZIO CON CONDENSATORE
COME PRIMA, AZZERIAMO I GENERATORI INDIPENDENTICOME PRIMA, AZZERIAMO I GENERATORI INDIPENDENTI
SOSTITUIAMO IL CONDENSATORE CON UN GENERATORESOSTITUIAMO IL CONDENSATORE CON UN GENERATORE
INDIPENDENTE DI TENSIONEINDIPENDENTE DI TENSIONE
ASSEGNAMO NOMI E VERSI ALLE CORRENTIASSEGNAMO NOMI E VERSI ALLE CORRENTI
SCEGLIAMO LA CONVENZIONE PER LE TENSIONI (PER QUESTOSCEGLIAMO LA CONVENZIONE PER LE TENSIONI (PER QUESTO
UTILIZZIAMO SEMPRE LA SCELTA DEI GENERATORI)UTILIZZIAMO SEMPRE LA SCELTA DEI GENERATORI)
ASSEGNAMO COME RIFERIMENTO UN NODO CONTENENTE LAASSEGNAMO COME RIFERIMENTO UN NODO CONTENENTE LA
CORRENTE CIRCOLANTE NEL CONDENSATORE (PER SEMPLICITACORRENTE CIRCOLANTE NEL CONDENSATORE (PER SEMPLICITA
DI CALCOLO CHE POI VEDREMO)DI CALCOLO CHE POI VEDREMO)
LE RESISSTENZE DA 3 E 2LE RESISSTENZE DA 3 E 2 SONO STATE CONVERTITE IN UNA DASONO STATE CONVERTITE IN UNA DA
5, POI E STATA CONVERTITA LA MISURA DA 2 S (Siemens) a 0.55, POI E STATA CONVERTITA LA MISURA DA 2 S (Siemens) a 0.5
19. ESERCIZIO CON CONDENSATOREESERCIZIO CON CONDENSATORE
LE LEGGI DI KIRCHHOFF DELLE CORRENTI CORRISPONDONO A :LE LEGGI DI KIRCHHOFF DELLE CORRENTI CORRISPONDONO A :
CHE POI TRASFORMATE MATEMATICAMENTE DIVENTANO:CHE POI TRASFORMATE MATEMATICAMENTE DIVENTANO:
A NOI ORA INTERESSANO LE CORRENTI CHE FANNO PARTE DELLAA NOI ORA INTERESSANO LE CORRENTI CHE FANNO PARTE DELLA
IICC QUINI IQUINI I11 E IE I55, COME NELLESERCIZIO PRECEDENTE SCRIVIAMO LE, COME NELLESERCIZIO PRECEDENTE SCRIVIAMO LE
EQUAZIONI DELLE TENSIONI 3x3EQUAZIONI DELLE TENSIONI 3x3
21. ESERCIZIO CON CONDENSATOREESERCIZIO CON CONDENSATORE
ORA SCRIVIAMO LE EQUAZIONI:ORA SCRIVIAMO LE EQUAZIONI:
ATTENZIONE ORA TUTTO DEVE ESSERE SCRITTO IN FUNZIONE DIATTENZIONE ORA TUTTO DEVE ESSERE SCRITTO IN FUNZIONE DI
VVCC::
LA MATRICE DELLE INCOGNITE RISULTALA MATRICE DELLE INCOGNITE RISULTA
22. ESERCIZIO CON CONDENSATOREESERCIZIO CON CONDENSATORE
ORA VERRANO RIPORTATI SOLO I RISULTATI, PER ILORA VERRANO RIPORTATI SOLO I RISULTATI, PER IL
DETERMINANTE DI UNA MATRICE 3x3 GUARDARE LA REGOLA DIDETERMINANTE DI UNA MATRICE 3x3 GUARDARE LA REGOLA DI
SARRUSSARRUS
DETERMINANTE MATRICE DELLE INCOGNITE : -148,5DETERMINANTE MATRICE DELLE INCOGNITE : -148,5
IL PROCEDIMENTO E PER DETERMINARE LE DUE INCOGNITE EIL PROCEDIMENTO E PER DETERMINARE LE DUE INCOGNITE E
IDENTICO A QUELLO DELLESERCIZIO PRECEDENTE, PERIDENTICO A QUELLO DELLESERCIZIO PRECEDENTE, PER
MAGGIORI INFORMAZIONI GUARDARE LA REGOLA DI CRAMERMAGGIORI INFORMAZIONI GUARDARE LA REGOLA DI CRAMER
ORA SOSTITUIAMO I DUE RISULTATI NELLA PRECEDENTEORA SOSTITUIAMO I DUE RISULTATI NELLA PRECEDENTE
EQUAZIONE DI IEQUAZIONE DI ICC::
23. ESERCIZIO CON CONDENSATOREESERCIZIO CON CONDENSATORE
ORA SCRIVENDO IL TUTTO IN FORMA DIFFERENZIALE:ORA SCRIVENDO IL TUTTO IN FORMA DIFFERENZIALE:
DOVE C E LA CAPACITA DEL CONDENSATORE ESPRESSA IN FARAD (F),DOVE C E LA CAPACITA DEL CONDENSATORE ESPRESSA IN FARAD (F),
CHE RICORDIAMO ESSERE 127CHE RICORDIAMO ESSERE 127 袖袖F VALE A DIRE 127*10F VALE A DIRE 127*10-6-6
FF
ADESSO COME NELLINDUTTORE DIVIDIAMO ENTRAMBI I MEMBRI PER LAADESSO COME NELLINDUTTORE DIVIDIAMO ENTRAMBI I MEMBRI PER LA
CAPACITA E OTTENIAMO:CAPACITA E OTTENIAMO:
SENZA ENTRARE NEL MERITO DELLE UNITA DI MISURA, IL NOSTROSENZA ENTRARE NEL MERITO DELLE UNITA DI MISURA, IL NOSTRO 了了 COMECOME
PER PRIMA E IL COEFFICIENTE DI VPER PRIMA E IL COEFFICIENTE DI VC,C, I CALCOLI ORA SONO ESATTAMENTEI CALCOLI ORA SONO ESATTAMENTE
COME NELLINDUTTORECOME NELLINDUTTORE
ANCHE IN QUESTO CASO E NEGATIVO QUINDI IL SISTEMA E STABILE (EANCHE IN QUESTO CASO E NEGATIVO QUINDI IL SISTEMA E STABILE (E
ANCHE PRIVO DI GENERATORI PILOTATI), CALOCLIAMO POI LA NOSTRAANCHE PRIVO DI GENERATORI PILOTATI), CALOCLIAMO POI LA NOSTRA
COSTANTE DI TEMPOCOSTANTE DI TEMPO ::
24. FINEFINE
SE CE BISOGNO DI DELUCIDAZIONISE CE BISOGNO DI DELUCIDAZIONI
CONTATTATEMI A QUESTO INDIRIZZO:CONTATTATEMI A QUESTO INDIRIZZO:
alessi.andrea@yahoo.italessi.andrea@yahoo.it