RC电路特性的EWB仿真.doc

实训一RC电路特性的EWB仿真一、实验实训目的1、通过模拟仪器测试RC电路的充放电特性。2、通过模拟示波器观察微分电路和积分电路的波形，进一步熟悉其特性。3、继续练习使用EWB仿真软件进行电路模拟。二、实验原理与说明RC电路充放电如图1-1所示。图1-1RC充放电电路电容具有充放电功能，充放电时间与电路时间常数有关。当足够小就构成微分电路，从电阻端输出的电压与输入电源电压之间呈微分关系，如图1-2。图1-2RC微分电路而当足够大就构成积分电路，从电容两端输出的电压与输入电源电压之间呈积分关系，如图1-3。图1-3RC积分电路三、实验实训内容与步骤1、RC电路的充放电特性测试（1）在EWB的电路工作区按图1-1连接电路并存盘。注意要按自己选择的参数设置。（2）选择示波器的量程，按下启动停止开关，通过空格键使电路中的开关分别接通充电和放电回路，观察不同时间常数下RC电路的充放电规律。（3）该实验要求同学自行选择合适的电路参数，并选取几组不同的数值，通过开关的不同位置，使电容分别处于充电及放电的状态，观察其充放电时间常数对波形的影响。记录每一组测试时的电容、电阻的参数，并计算其时间常数。2、RC微分电路（1）在EWB的电路工作区按图1-2连接电路并存盘。注意要按自己选择的参数设置。（2）选择信号发生器的输出信号为矩形波信号，注意其周期要与时间常数相对应。（3）选择示波器的量程，按下启动停止开关，观察不同时间常数下微分电路的输出电压波形。（4）RC微分电路的特性观察由同学自行设计参数，注意，选择参数时要使由大到小变化。3、RC积分电路（1）在EWB的电路工作区按图连接电路并存盘。注意要按自己选择的参数设置。（2）选择信号发生器的输出信号为矩形波信号，注意其周期要与时间常数相对应。（3）选择示波器的量程，按下启动停止开关，观察不同时间常数下积分电路的输出电压波形。（4）RC积分电路的特性观察也由同学自行设计参数，注意，选择参数时要使由小到大变化。四、注意事项1、使用EWB时注意选择适当的仿真仪表量程。2、注意微分电路与积分电路的接线是否正确，输出电压端子是否正确。3、每次要通过按下操作界面右上角的“启动/停止开关”接通电源，或者暂停来观察波形。4、使用示波器时要注意选择合适的时间和幅值来观察波形。5、选择信号发生器的不同占空比对输出波形有影响。五、实验实训报告按规定完成实验实训报告，并回答以下问题：1你设计的RC电路中电阻、电容的参数是多少？如果观察RC充放电电路，你所选择示波器的单位格时间和幅值各为多少？2、RC微分电路和积分电路在结构和输出电压方面各有何特点？3、改变RC微分电路和积分电路的时间常数，波形会如何变化？（分别说明）4、你在进行电路测试时发现了什么问题？你是如何解决的？实训二 三相交流电电路的仿真实训一、实训目的通过基本的星形三相交流电的供电系统实验，着重研究三相四线制和三相三线制，并对某一相开路、短路或者负载不平衡进行研究，从而熟悉星形三相交流电的特性。二、实训原理电工学中三相交流电的原理可以参考有关书籍，这里仅以软件仿真的实现原理：1、利用三个频率50HZ、有效值220V、相位各相差120度的正弦信号源代替三相交流电。并且作为子电路处理。2、每相负载均采用120V、250W的灯泡与100串联（软件没有220V的灯泡）。3、星形三相四线制：三相交流源的公共端N与三相负载的公共端相连。4、当三相电路出现若干的故障时，对应电压和电流会发生什么现象去验证理论。三、实训电路(Multisim)以及实验步骤1、 星形三相四线制子电路（图1） 图1三相交流电子电路（1）选择三个正弦信号源，参数设置为频率50HZ、有效值220V、相位各相差120度，按图连接。（2）子电路制作：l 点击菜单栏的Edit中Select All项，或者Ctrl + A选中全部电路。l 点击菜单栏的Place中Replace by Subcircuit项，弹出子电路命名框，填写abcn 或者其它名字，确认回车后整个电路缩变为子电路。l 将此子电路存盘，方便以后调用。说明：下面的一些实验附图中有些灯泡不亮，实际是亮的，只是软件在计算时反映状态有相位的先后之分，可在实验中看出。2、中线正常，三相负载平衡电路（图2） 图2中线正常，三相负载平衡电路实验分析：l 三相负载相等（57.6+100），三相的电流也相等（220V/157.6=1.397A）。l 各相的线电压相等（均为380V）。l 各相的相电压相等（均为220V）。l 中线电流为0。l 负载中点与电源中点电压差为0。3、中线正常，三相负载不平衡（图3）。 图3中线正常，三相负载不平衡电路实验分析：l C相负载减少，C相的电流减少，其它两相的电流不变。l 每相的线电压相等（均为380V）。l 每相的相电压相等（均为220V）。l AB两相的电流为1.397A，C相电流为220V/257.6= 0.855A。l 中线电流不为0，其电流值与电流小的C相相加等于正常相的电流。l 负载中点与电源中点电压差为电流表的压降。4、 中线正常，三相中一相短路（图4、图5的中线电阻不同）。 图4中线正常，一相短路电路（中线电流表内阻10 9） 图5中线正常，一相短路电路（中线电流表内阻10 10）实验分析（图4）：l C相短路，短路电流几乎无穷大。l AB相的线电压为380V、AC和BC相的线电压为291V。l A相和B相的相电压也为291V，电流增大为291V/157.6= 1.847A。l C相的相电压为0。l 中线电流不为0，几乎无穷大。l 负载中点与电源中点电压差为电流表的压降，达到110V。电路说明：l 这种情况是不允许的，故在每一相应该有保险丝。l C相短路所引起的上述现象情况比较复杂，由于中线的电流表的内阻为10 -9，故得出以上结果，但是换一种内阻，结果会不完全一样，可以参考图5所示。当中线的电阻完全为0时，未短路的两相相电压等于220V即正常，说明中线的电阻一定要足够小（粗铜线）。5、中线正常，三相中一相开路（图6） 图6中线正常，三相中一相开路实验分析：l C相开路，开路电流为0（表头微小读数是电压表的漏电流），是图3的极限情况。l 三相的线电压均为380V。l 三相相电压也均为220V。l AB相的电流为220V/157.6= 1.397A。l 中线电流 = 其中一相电流。l 负载中点与电源中点电压差为电流表的压降。6、 没有中线，三相负载平衡（图7） 图7没有中线，三相负载平衡实验分析：l 三相负载相等（57.6+100），三相的电流也相等（220V/157.6=1.397A）。l 各相的线电压相等（均为380V）。l 各相的相电压相等（均为220V）。l 负载中点与电源中点电压差为0。l 只要是三相负载平衡，有和没有中线的情况相同。7、 没有中线，三相负载不平衡（图8） 图8没有中线，三相负载不平衡实验分析：l 三相负载不平衡，引起负载中点电压偏移，随着负载的不同，中点电压的偏移也不同。所以供电工程应尽量考虑三相的负载分配。l 每相的线电压相等（均为380V）。l AB两相的相电压约为205V，电流为205V/157.6= 1.305A。可由理论计算。l C相的相电压约为252V，电流为252V/257.6= 0.982A。l 负载中点与电源中点存在电压差，三相负载中点偏移达32V。l 若C相的负载电阻换成300，则C相的相电压为270V，中点偏移为50V，AB两相的相电压为199V。8、 没有中线，三相中一相短路（图9） 图9没有中线，一相短路电路实验分析：l C相短路，相当于C相接到负载中点（220V）。l C相的相电压为220V 220V = 0V。l A相和B相的相电压变成了线电压380V，电流增大到原来的1.732倍烧毁灯泡。图上显示A、B相的电流为0是因为灯泡烧毁了。l 三相之间的线电压仍然为380V。l 各电流表的微小读数均为电压表的漏电流。9、 没有中线，三相中一相开路（图10）