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RLC回路の過渡

図2-1-6のRLC回路についてSWを通電させた際の過渡電流 i をラプラス変換を使って求めてみましょう.コイルL,抵抗R,コンデンサCそれぞれにかかる電圧をvL,vR,vCとすると式2-1-23の関係があります.
   式2-1-23

上式からvL,vC,vR を消すと

   式2-1-24

ラプラス変換すると

   式2-1-25

q(0) はt=0 におけるコンデンサC の充電電荷でq(0)=0 ,またi(0) はt=0 におけるコイルL の電流でi(0)=0 とすると,I(s)は式2-1-26のようになります.

   式2-1-26

ここからラプラス逆変換をして時間領域の関数に戻します.

この式のままではラプラス変換表(表2-1-3,表2-1-4) にぴったり適合するものはありません.この式に変更を加えて表に適合する形をつくる必要があります.そこで,I(s) の分母を因数分解し,部分分数をつくることによって表2-1-3 の4(下表参照)に適合する形をつくっていきます.

No f(t) F(s)
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表2-1-3抜粋

まず式2-1-26 の分母を因数分解して(s-α)(s-β)の形をつくり,部分分数に分解していきます.

  


式2-1-27

ここで,各パラメータ(A,B,α,β)を計算していきます.

この式中のα,β は2 次方程式の解として与えられるので,仮にs に関する2次方程式をs2+bs+c=0 としたとき,α およびβ は式2-1-28の関係があります.

α,β= 式2-1-28


つづいて式2-1-27 のA,B について求めます.A,B は式2-1-27を分母を共有化して式2-1-26のもとの形に戻したとき,それぞれの項(s2+bs+cのb,c)に対応して等式をつくることによって求めることができます.

   式2-1-29

式2-1-29の分子と式2-1-26の分子を対応させて,s(A+B)+(-Aβ-Bα)=0s+1とすると

   式2-1-30

これを解くとA,Bは

   式2-1-31

となります.ちなみに部分分数におけるA,B を留数(1) といいます.

つづいてαおよびβは,式2-1-28より

   式2-1-32


つづいて式2-1-27にA,B(式2-1-31)を代入するとI(s)は,

   式2-1-33

この形になれば,表2-1-3 の4に適合するのでラプラス逆変換ができます.ラプラス逆変換すると

   式2-1-34

α,βを代入すると
  

   式2-1-35

過渡電流 i を求めることができました.


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【質問】2008/11/02

交流回路に対しても,ラプラス変換で解析できるのでしょうか. つまり,ラプラス変換によって,電流を時間依存の函数として記述できるのでしょうか.お願いします.


【回答】2008/11/10
回答をこちらに掲載しました.→交流回路へのラプラス変換の応用



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(1)留数
一般的に留数は留数定理によって求められます.詳細はこちらを参照


ラプラス関数の過渡計算ツール

このツールは,伝達関数の各種応答を算出するツールです.一般のラプラス関数を逆ラプラス変換する場合には,下記の伝達関数入力項(α,β)にラプラス関数を入力してインパルス応答を求めます.


入力例
G(s)= 10000
s2+50s+10000
 の場合
β=
α=と入力


こちらに入力してください

β=
α=
周波数解析 Bode線図
ナイキスト線図(f=0〜∞)
極,零点
位相余裕
振動解析
過渡解析 Step応答インパルス応答(G逆ラプラス変換)
オーバーシュート
Step応答最終値


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