上海电力学院电路辅助设计报告最新完整精华版2.docx
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上海电力学院电路辅助设计报告最新完整精华版2
上海电力学院本科课程设计电路计算机辅助设计
(1)
院系:
电气工程学院
专业年级(班级):
学生姓名:
学号:
指导教师:
成绩:
年月日
教师评语:
仿真实验1二阶电路响应的三种情况及特点2
仿真实验2互感电路仿真设计7
仿真实验3二端口网络设计12
仿真实验4对称三相交流电路仿真设计20
仿真实验5节点电压法分析电阻电路24
仿真实验6非正弦周期电路仿真设计27
仿真实验7戴维南定理仿真设计31
仿真实验8直流或正弦激励下的一阶电路的响应34
仿真实验1二阶电路响应的三种
(欠阻尼、过阻尼及临界阻尼)情况及特点
、仿真实验目的
1、通过RLC电路的放电过程,认识二阶电路响应的原理。
2、观察、分析二阶电路响应的三种状态轨迹及其特点,以加深对二阶电路响应的认识与理解。
3、熟练运用multisim分析二阶电路
、实验原理及实例
设开关闭合前电容
原理:
如图1通过RLC串联电路的放电过程研究二阶电路的响应。
已带有电荷,
UrUl0
得微分方程
L时,电路过渡过程的性质为过阻尼的非振荡过程。
当R2C时,电路过渡过程的性质为欠阻尼的振荡过程。
电路如图2,开关S在t=0时打开,换路前电路处于稳态。
试求R值分别为400Q,195Q
50Q时,电容电压Uc的值。
图2
分析:
断开开关后,由式
(1)⑵⑶⑷得电路微分方程
R=400Q时,(R5)2C为过阻尼状态,
特征根p1,2100
三、仿真实验
(3)欠阻尼状态仿真,仿真电路图为图7,开关断开后电容电压波形为图8
四、理论分析与仿真结果的对比分析
1、运用multisim分析二阶电路时,电路图注意接地。
2、观察、分析二阶电路响应的三种状态轨迹及其特点,要观察开关动作之后,电容电压所显示的波形,并分析:
当过阻尼时,为非振荡放电;当欠阻尼时,为振荡放电,由于电阻的阻尼作用,振荡逐渐衰减;而,当电路处临界阻尼时,也为非振荡放电,但是,是介于过阻尼和欠阻尼,非振荡与振荡放电之间•
3、仿真实验结果中的临界阻尼、过阻尼、欠阻尼三种状态符合理论结果
小结:
通过本次实验,我对书本上二阶电路的知识有了进一步的理解,特别是对于其临
界阻尼、过阻尼、欠阻尼三种状态有了更深的体会,认识到电路具体处于什么状态要根据电
路的实际情况具体问题具体分析,而不能按照书上的公式生搬硬套,相信本次试验对我今后
的学习会有一定的积极作用。
仿真实验2互感电路仿真设计
一、仿真实验目的
1、理解互感现象及同名端的概念,牢固掌握互感电压、电流的计算。
2、掌握耦合电感的连接及去耦合后等效电路。
3、验证去耦合前后等效电路的正确性。
4、熟练掌握用multisim仿真互感电路。
二、实验原理及实例
原理:
同名端定义:
它是分别位于两个互感线圈中的一对端子,当电流分别从这对
端子流入(或流出)线圈时,在两个线圈中产生的磁通方向一致。
电流方向与它产生的磁通
方向可以用右手螺旋定则来确定。
互感电路分析:
互感消去法只适用于互感线圈具有公共节点的电路,将含互
感的电路等效变换为无互感的电路。
一般有6种情况:
1、串联顺接,如图
1
图1
其等效电感Leq
L2
2M
(1)
2、串联反接,如图
2
图2
其等效电感Leq
L2
2M
(2)
3、并联顺接,如图
3
图3
其等效电感Leq
L
1L2
M2
⑶
Li
L2
2M
4、并联反接,如图4
图4
其等效电感Leq
L丄2M2
L1L22M
5同名端连在一起的T型连接,如图
其去耦等效电路如图6
6异名端连在一起的T型连接,如图
其去耦等效电路如图
实例:
求如图
8
图8
9所示一端口电路的戴维南等效电路。
已知:
L1L210
M5,R1R26,u1602sin(t)V。
+
I
*十
U1
分析:
对原电路进行去耦等效,得到如图
图10
10所示电路
由5600,则开路电压为
R2jM6j5
U°c2U1=600300(V)
R,R,j(L1M)jM12j10
等效阻抗为
三、仿真实验
1、求开路电压Uoc。
分别求原电路Uoc1及其去耦等效电路的U°C2,如图11
4-
原电路
2求短路电流Isc。
去耦等效电路:
图12
原电路
L1L20.5
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
RS'-VW
60Vrms
50Hz
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
AG0090hm
由仿真实验知:
fiflVrms:
:
:
50Hz■■■■
去耦等效电路
图13
图14
结论2:
由仿真实验:
知
3.84ms
4求Zeq
Zeq
Uoc
1sc
30
3.714
8.077569.12
四、理论分析与仿真结果的对比分析
681996912
存在误差,误差大小100%1.35%,在允许范围内
68.199
2、分析知道原电路与其去耦等效电路计算结果解相同,仿真结果与理论值基本吻合。
3、互感电路去耦合时注意同名端的判断。
4、在仿真电路中,电感和电容的参数也要转化成L、C形式。
注意仿真的时候,变比要计算准确。
小结:
通过本次仿真实验,加深了我对互感现象的认识,熟练掌握了去耦等效电路的计算。
在实验中出现了问题,经过与同学探讨,向老师请教,得到了很好地解决。
同时也提醒我学会把课本知识与实验结合起来,才能更好的学好知识。
仿真实验3二端口网络设计
一、仿真实验目的
1、理解二端口网络的概念和端口条件。
?
2、掌握二端口网络的Y参数、Z参数、T参数方程,测量计算开路阻抗参数、短路导纳参数、传输参数等。
?
3、验证等效二端口网络的传输参数与级联的两个二端口网络传输参数之间的关系。
4、学会用multisim分析二端口网络。
二、实验原理及实例
原理:
图1
端口条件:
具有两对引出端钮的网络如图1所示,其中一对用1、1表示,另一对用
2、2表示,如果每一对端钮都满足从一端流入的电流与另一端流出的电流为同一电流的条件时,则将这样一对端钮称为端口。
二端口网络:
只有满足端口条件的四端网络才可称为二端网络或双口网络。
否则只能
称为四段网络。
1、参数方程和短路导纳参数假设两个端口的电压U1、U2为已知,则利用替代定理将它们当作外施的独立电压源。
1111U112U2
CU2
U1
2—2端开路时,端口1—1与2—2之间的开路转移导纳,S;
为2—2端短路时,端口1—1与2—2之间的短路转移阻抗Q
U2
――为2—2端短路时,1—1端与2—2端的传输电流比(无量纲)
2U20
4、参数与二端口级联
图2
当两个无源二端口1和2按级联方式连接后,它们构成了一个复合二端口,如图2.
设二端口1和2的参数分别为
⑺
CDCD
则应有
U1
1
U2
2
U1U2
12
(8)
由U1
U1,U2
U1,U2
U2,11,21,22
(9)
U1
U1
U2
U1U2
U2U2
(10)
1
1
2
12
22
其中
为复合二端口的
参数矩阵,与二端口1和2的
参数矩阵关系为
(11)
CD
(12)
CDCCBDD
分析:
对于图
图3
3所示二端口应用结点电压法
U11U2
4
0.5U10.25U2
0.2U1
4U1
0.45U1
0.5U2
参数为
0.5
0.45
025S
0.5
对于
参数有
0.25
0.5
U2
参数为
U1
10.5
0.5
0.45
0.25
0.5
3.641
1.82
0.5
0.45
0.5
0.45
0.25
0.5
3.64
3.27
对于参数有
0.5
U2
0.45
0.45(
3.271
3.642
参数为
1.82
3.64
10
2)6U
20
9
0.5
U2
0.45
0.5
0.45
20.25U2
11
U2
36
10
10
20
9
11
9
10
36
④参数与二端口级联
实例:
将图3所示二端口作为如图
为如图2所示的二端口
2,二端口
1和
2如图
2联接,求联接后
图4
10
20
1的传输参数
9
9
11
10
36
9
2
22
U2
U22
2
2所示的二端口
由式(22)知二端口
1
U142
对二端口2分析:
1,将图
参数
13)
(14)
(15)
(16)
(17)
(18)
(19)
(20)
(21)
4所示二端口作
(22)
(23)
(24)
传输参数
(25)
由式(11)
01
(12)知
10
11
(26)
36
三、仿真实验
1
参数,
、求
仿真实验过程如图
5•图6所示
图5
11
1
U1
U2
=10.5
02
21
2
U1
U2
0.9
2~
0.45
050.25
1
12U2
结论1:
经仿真实验测得求参数。
仿真实验过程如图7,图
U102
2
22U2
U1
=-0.5
02
参数与理论值一致
U1
11—
1
7273
3.6365
2
U2
21
U1
12
2
3.636
2
1.818
U2
22
2
参数与理论值比较,
结论2:
经仿真实验测得
3、求参数。
仿真实验过程如图9,图10
图9
图10
7273
=-7^33.6365
02
实验值在四舍五入取值后与理论值吻合。
U1
220
10
u200.99
结论3:
经仿真实验测得参数与理论值比较,结果一致。
4、级联仿真
①先仿真测得如图4所示二端口
图
图12
结论4:
经仿真实验测得
②仿真实验测得二端口1和:
60°9
U1
u201.44G
2的传输参数,仿真过程如图
11
参数与理论值比较,结果一致
2级联后的参数,如图13,图14
图13
图14
U20
11,图12
0.721
1.442
10
20
10
0
9
9
12
9
11
10
01
11
1
36
9
36
2
四、理论分析与仿真结果的对比分析
1、经仿真实验测得二端口网络的Y参数、Z参数、T参数与理论值基本一致。
2、验证了等效二端口网络的传输参数与级联的两个二端口网络传输参数之间的关系为
3、注意仿真实验中,各个测量数值的含义,极易混淆。
小结:
通过本次仿真实验,加深了对二端口网络的端口条件,熟练了对二端口网络的Y
参数、Z参数、T参数的计算,深刻理解了二端口之间的联接方式,特别时等效二端口网络的传输参数与级联的两个二端口网络传输参数之间的关系。
在本次实验中温习了二端口网络
的知识,也发现了对课本知识概念不清晰等问题,在实验中与同学互相探讨和向老师请教,出现的问题都得到了较好的解决。
仿真实验4对称三相交流电路仿真设计
、仿真实验目的
1、明确对称三相交流电路的概念,清楚对称三相电路在不同连接方式下,相电压与线电压、相电流与线电流的关系。
2、掌握对称三相交流稳态电路的抽单相分析方法。
3、掌握对称三相电路的有功功率计算和测量。
4、熟练multisim软件设计三相交流稳态电路,会处理和分析数据。
、实验原理及实例
原理:
对称三相电路指的是电源和负载都对称的三相电路。
电源对称指的是三相电源
图1
负载三角形连接:
、330
、3c30
C■-3CA30
线电压与对应的相电压相等
负载星型连接:
三相负载总有功。
分析:
将该电路化为对称三相
系统,先计算其中一相电路,如图4
图4
、仿真实验
1、仿真实验按如图5所示电路测量各个值
U
、、3U
30
UC
..3U
30
Uc
、3Uc
30
线电流与对应的相电流相等。
对称三相电路典型的分析方法是求出它的一相等效电路,再根据三相之间的相序关系,写出其他两相的结果。
三相电源发出的有功功率或负载吸收的有功功率,等于各相有功功率之和。
对称三相电路的
有功功率计算公式:
3Uphphcosp.3Uiicosp(3)
其中,Uph、ph是相电压和相电流,Ui、i是线电压和线电流。
p是指相电压与对应的相电流之间的相位差。
测量三相电路的有功功率有三表法和两表法。
两表法:
三相三线制电路,不论负载对称与否,可用两个功率表测量三相功率。
图2
两个功率表的读数和就是三相总功率
实例:
图5
11.,626.944
1221785W
结论1:
U220•、3381.051V
即仿真实验测量值与理论值结果一致
2、按如图6所示电路两表法测总有功功率
图6
两表法测总有功功率所示读数如图7
结论2:
仿真实验测得14606W217179W
与理论值存在微小误差。
四、理论分析与仿真结果的对比分析
1、误差分析:
在仿真实验结果中功率存在误差21785217801oo%0.023%,在可接受范围内,
21780
可认为仿真实验结果与理论值基本一致。
2、在本次仿真实验过程中,三相的正负序应与实例中保持一致。
小结:
通过本次仿真实验,使我加深了对三相电路的认识,特别是对称三相交流电路的
概念,对称三相电路在不同连接方式下,相电压与线电压、相电流与线电流的关系。
熟练掌
握了对称三相电路的分析方法即抽单相分析方法,以及两表法测总有功功率。
在仿真实验过
程中发现了一些问题,通过查阅课本,向老师请教,都得到了较好的解决,在实验过程中意
识到要把书本知识与实际相结合才能更好地运用知识。
仿真实验5节点电压法分析电阻电路
一、仿真实验目的
1、认识了解一般方法求解分析电阻电路。
2、用节点电压法列写电路方程,求解电路中各支路电压、电流。
3、熟练运用multisim分析验证节点电压法求解电阻电路。
、实验原理及实例
原理:
节点电压法是以节点电压为未知量,列写电路方程,从而求解电路的方法。
其中的节点电压是节点指向参考点之间的电压。
(1)
用节点法求解电路的一般步骤:
(1)选定参考节点,标定n1个独立节点电压;
(2)对n1个独立节点,以节点电压为未知量,列写其CL方程;
(3)求解上述方程,得到n1个节点电压;
(4)求各支路电流(用节点电压表示);
(5)其他分析,如功率计算等
节点电压方程为
Un1100
111111,,c2U3
(2)
()UN1Un223
2010020100257.5100
受控源控制量U3与节点电压关系的补充方程为
U3Un1Un2(3)
将式(3)代入式
(2),消去中间变量U3,得
Un1100
25Un1孰22(4)
解式(4)方程组,得
Un1100V,Un29.375V(5)
各支路电流为
三、仿真实验
1、测节点电压Un1、Un2,如图3所示
图3
结论1:
测得节点电压Un1100V,Un29.375V,仿真测验值与理论值一致。
2、测各支路电流,如图4
图4
结论2:
仿真实验结果与理论值结果一致。
四、理论分析与仿真结果的对比分析
1、仿真实验结果与理论计算值一致。
2、在仿真实验过程中注意受控源的连接,及电路图接地。
小结:
通过本此实验,我加深了对线性电阻电路一般分析方法的认识,特别是节点电压
法分析电阻电路。
在含有受控源的电路应用节点电压法时应先将受控源当成独立电源,按仅
含电阻和独立电源电路列写方程。
在实际学习中应掌握不同的分析电路的方法,比较他们的
特点,做到具体问题具体分析。
仿真实验6非正弦周期电路仿真设计
一、仿真实验目的
1、了解非正弦周期函数的傅里叶级数,理解掌握非正弦周期电路的谐波分析法。
2、熟练掌握有效值、平均值和平均功率的计算。
3、观察非正弦周期性电流电路中的谐振现象。
4、熟练运用multisim分析非正弦周期电路。
、实验原理及实例
原理:
周期信号都可以用一个周期函数来表示:
(1)
ft满足狄里赫利条件,那么它就
ftftkk0,1,2,
式
(1)中,称为周期函数的周期。
如果周期函数
可以展开成为一个收敛傅里叶级数,即
aocksin
k1
平均值:
分析:
①当10V直流电压源单独作用时,
三、仿真实验
图2
结论1:
10V直流电压源单独作用时,仿真实验值与理论值一致。
2、当电压源基波单独作用时,测电压,电流,如图3
图3
结论2:
电压源基波单独作用时,功率实验仿真测量值与理论值有细微差别。
3电压源三次谐波单独作用时,仿真电路如图4所示
图4
结论3:
电压源三次谐波单独作用时,功率实验仿真测量值与理论值有细微差别
4、观察比较输入电压与输出电压波形,了解并联谐振的滤波作用。
如图5,图6
图5
图6
结论4:
可见输入信号为一非正弦周期性信号,输出信号也为非正弦周期信号,而且
输出信号的频率的峰值比输入信号的峰值低,这是由于该电路三次谐波作用,LC并联电路
发生谐振(开路)构成一滤波电路。
四、理论分析与仿真结果的对比分析
|72.93372.9疋04530/
i、计算的功率误差72910000.04530,说明误差极小,经分析,该
误差可能由以下来源:
设置仿真电路元件时其频率与有效值均不为整数,设置时舍去了部分
小数值;仿真电路试验中是考虑电压电流表的内阻的,而在理论计算时是被忽略的。
?
小结:
通过非正弦周期电路仿真实验,我加深了对非正弦周期信号认识,进一步理解
非正弦周期电路的谐波分析法,以及非正弦周期函数的傅里叶谐波分析法,同时还加深掌握
非正弦周期电流电路的计算。
在试验过程中我不仅验证了部分知识点及公式,同时还对这部
分的知识进行了一些实际的应用,如构成滤波电路。
希望本次实验的经验会有助于我以后的
学习。
仿真实验7戴维南定理仿真设计
一、仿真实验目的
1、利用电路仿真设计验证戴维宁定理的正确性,更加熟练地掌握用电路仿真软件模拟电路原理,加深对戴维宁定理的理解。
2、掌握测量有源二端网络参数的一般方法,深刻理解戴维南等效电路基本原理。
二、实验原理及实例
原理:
对于一个线性含有独立源的一端口网络,对其外部可以用一个简单的含源支路等效
代替。
戴维南定理:
任何一个线性含有独立源、线性电阻和线性受控源的二端口(一端口)
网络,对外路来说,可以等效为一个电压源uoc和电阻Req的串联组合;此电压源的电压等
于该网络的端口开路电压,而电阻等于该一端口中全部独立电源置零后的输入电阻。
戴维南定理的图示如图1,
图1
实例:
试用如图2所示电路中ab支路的电流ab和ab支路发出的功率
图2
分析:
先将ab支路独立出来,求如图3所示端口的戴维南等效电路
图3
由uoc20220100
得u°c50V
将电压源短路、电流源断路求Req
即Req20
将戴维南等效电路与图2电路独立出来的ab支路组成新的回路,再求解,女口图4
图4
由ab6020500
得ab°5ab%abR^20W
、仿真实验
1、将ab支路独立出来,测Uoc。
如图5
四、理论分析与仿真结果的对比分析
小结:
这次实验,我用仿真电路对戴维宁定理进行验证,我先加深了对戴维宁定理进行理解,再根据戴维宁定理对相关例题进行分析计算,得到开路电压Uoc,短路
电流sc,继续求出等效电阻Rq,将等效后的电路与需要求出电流的支路相串联,利用欧姆定理,可以得出需要的电流。
并同时利用回路电流法验证计算的正确。
然后,将计算得出的结果和仿真电路得出的结果比较,从而验证了戴维宁定理的正确性。
仿真实验8直流或正弦激励下的一阶电路的响应
一、仿真实验目的
1熟练掌握换路定理和电路初始值的计算;?
2、掌握直流或正弦激励一阶电路的零输入响应、零状态响应和全响应。
3、熟练掌握一阶电路的三要素法;
4、学会用multisim分析一阶电路。
二、实验原理及实例
原理:
求解一阶动态电路的三要素法的公式为:
t
ytyyoytoe(t0)(
式
(1)中,y为电路的稳态解,yO为电路初始值,为时间常数。
y稳态解。
在直流激励下,电路到达新的稳态时,电容相当于开路,电感相当
于短路,电压或电流的稳态解是直流量(常数);在正弦交流激励下,电路达到新的稳态时,
电压或电流的稳态解是正弦时间函数。
时间常数。
RC电路的时间常数ReqC,RL电路的时间常数
从电路的储能元件两端看进去的戴维南等效电阻。
图1
代入式
(1),得
UmUm
Ilt22Sintu22Sinuet0(5)
LR,tR
实例:
如图2所示电路,人220.2sin314tV,ui20V,R10,L1,
开关在a端处时电路处于稳态,求t0时刻开关换到b端后的电流it。
图2
分析:
开关开关换到b端前t0时,电路处于稳态,
开关换到b端后的t0时刻,由换路定理知
由式(4)(5)的三要素法知
代入式
(1)得
即iLt0.99sin314t88.1762.99e
、仿真实验
1、按如图3所示电路连接电路图,观察流过电感的电流的波形。
3用瞬态分析,观察电感电流波形的峰值。
如图5
舗GrapherView
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互1
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Q8
TransientAnar
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