电路课设指导.docx
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电路课设指导.docx
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电路课设指导
《电路》课程设计指导
一.设计题目……………………………………………2..
二.目的……………………………………………………2..
三.任务……………………………………………………2.
四.设计报告要求…………………………………………2
附录.电路仿真软件PSpice(orcad9.2)应用指导与实践……6
参考书目:
……………………………………………………21
指导教师:
徐伟
一.题目:
三相电路系统设计、分析
二.目的:
1.熟悉电路仿真软件PSpice(orcad9.2)的功能,掌握该软件图形文件的编制方法及进行分析的方法、步骤。
2.设计、分析、三相电源和负载作不同连接时,在负载对称和不对称情况下,线、相电压和线、相电流之间的关系,在电路不能正常工作时,给出解决方案。
3.掌握PSpice(orcad9.2)数值输出方式,能据数值输出结果写出各相、线电压、各相、线电流的瞬时值表达式。
二.任务:
1.用PSpice(orcad9.2)软件自行设计三相电路系统。
(电源侧相电压幅值为220V,频率50HZ,负载阻抗、线路阻抗自定,必须为感性阻抗。
规定:
负载阻抗中的电阻值和电感值采用自己学号后两位数,如:
学号20061868,负载阻抗中的电阻值选6.8K,电感值选6.8H)。
.给出三相负载侧线、相电压和线、相电流的数值输出结果,并将其整理成瞬时值关系。
.对所得结果进行小结。
2.改变负载参数使其不对称(参数的改变要在100倍以上,重复任务1。
该电路能否正常工作?
为什么?
如果忽略线路负载阻抗,该电路能否正常工作?
)
要求电1班设计三相电路Δ—Y系统。
自3班设计三相电路Δ—Δ系统。
自4班设计三相电路Y—Δ系统。
提示:
电源侧为Δ接时,各电源要串一个小电阻(≥1uΩ)。
整个系统要设置接地标志。
注意:
每个元件两端都要给出结点标号,电源侧三相分别为A1、B1、C1,负载侧三相分别为A2、B2、C2,中性点分别为电源侧N1,负载侧N2。
三.设计报告要求:
将全部设计内容(注:
所绘制的电路图有8~9个文件,不要遗漏,否则所设计电路不能运行!
)的全部文件存入以自己名字命名的文件夹中提交到xwlaoshi@邮箱(08年6月18号之前)。
并将设计报告用A4纸打印一同上交(报告左侧装订)。
具体提交格式如下:
(要求:
正文部分一律用小四号字,不加粗,宋体,1.5倍行距。
一级大标题靠左,四号字,加粗。
二级标题靠左,小四号字,加粗。
三级标题靠左,小四号字,加粗。
)
以下3、4、5页为提交内容:
《电路》课程设计报告
《三相电路—系统设计》
专业:
班级:
姓名:
学号:
指导教师:
完成日期:
200年月日
1.对称电路的设计和分析
1).电路图:
2).PSpice(orcad9.2)数值分析输出结果及整理出的瞬时值表达式:
●负载侧线电压仿真数值分析输出结果:
例:
FREQ(频率)VM(A,B)VP(A,B)
5.000E+013.811E+023.000E+01
FREQVM(B,C)VP(B,C)
5.000E+013.811E+02-9.000E+01
FREQVM(C,A)VP(C,A)
5.000E+013.811E+021.500E+02
注:
FREQ(频率)、VM(电压幅值)、VP(电压相位)
●负载侧三相线电压瞬时值表达式:
例:
u(A,B)=381.1cos(314t+300)v
u(B,C)=381.1cos(314t-900)v
u(C,A)=381.1cos(314t+1500)v
●负载侧相电压仿真数值分析输出结果:
●负载侧三相相电压瞬时值表达式:
●负载侧线电流仿真数值分析输出结果:
●负载侧三相线电流瞬时值表达式:
●负载侧相电流仿真数值分析输出结果:
●负载侧三相相电流瞬时值表达式:
3).小结:
据仿真分析结果,1)说明负载侧相、线电压、相、线电流各自是否具有对称的(幅值、相位)关系,2)说明负载侧相、线电压、相、线电流之间幅值及相位关系。
有哪些体会、新发现可写出。
)
2.不对称电路的设计和分析
1).电路图:
2).PSpice(orcad9.2)数值分析输出结果及整理出的瞬时值表达式:
●负载侧线电压仿真数值分析输出结果:
●负载侧三相线电压瞬时值表达式:
●负载侧相电压仿真数值分析输出结果:
●负载侧三相相电压瞬时值表达式:
●负载侧线电流仿真数值分析输出结果:
●负载侧三相线电流瞬时值表达式:
●负载侧相电流仿真数值分析输出结果:
●负载侧三相相电流瞬时值表达式:
3).小结:
(据仿真分析结果,回答该电路能否正常工作?
为什么?
如果忽略线路阻抗,该电路能否正常工作?
)
电路仿真分析软件PSpice(orcad9.2)应用指导与实践
orCAD是由orCAD公司于20世纪80年代末推出的EDA软件,它是世界上使用最广的EDA软件,每天都有上百万的电子工程师在使用它。
它不仅可以进行模拟电路、逻辑电路的基本分析,还可以进行傅立叶、蒙特卡罗等特殊性能分析。
另外,它还在优化设计、印制电路板布线、复杂可编程逻辑器件(CPLD)设计等方面显示出强劲优势,相对于其它EDA软件而言,它的功能也是最强大的。
其软件系统模块如图1-1所示。
图1-1EDA软件orCAD系统图
1.电路图的绘制
orCAD/CaptureCIS电路原理图设计软件,可以绘制各类模拟电路、数字电路和数/模混合电路的原理图,并生成可供电路模拟软件Pspice、印制电路板设计软件Layout调用的电连接网表软件。
Capture提供的直观界面和丰富的功能使其成为电路原理图设计输入的工业标准。
1.1电路图绘制的基本过程
(1)启动orCAD/Capture视窗
鼠标左键单击桌面的Windows开始按钮,系统弹出开始菜单。
鼠标移到开始菜单的程序项,再将鼠标移到orCADFamilyRelease9.2LiteEdition,弹出下级子菜单,出现应用程序图标CaptureLiteEdition。
鼠标左键单击CaptureLiteEdition图标,即可启动Capture软件,进入如图1-2所示界面。
图1-2Capture主界面
(2)新建设计项目
在Capture主界面下,点选菜单命令File/New/Project,屏幕显示NewProject对话框,如图1-3所示。
图1-3NewProject对话框
(2)创建PSpice项目
输入各项之后,点击OK按钮,出现CreatePSpiceProject(创建设计项目)对话框,如图1-4所示。
图1-4CreatePSpiceProject(创建设计项目)对话框
选中“Createablankproject”,电击OK按钮,进入如图1-5所示的电路图编辑窗口。
图1-5电路图编辑窗口
1.2电路图编辑窗口的介绍
(1)主命令菜单栏
电路图编辑窗口包括10条主命令,其中大部分主命令与一般Windows窗口主命令的功能相同,下面详细介绍一下Place命令菜单及Pspice命令菜单。
◆Place(放置)其下拉菜单如图1-6所示。
图1-6Place菜单
◆Pspice(对电路图进行模拟分析或优化设计),其下拉菜单如图1-7所示。
图1-7Pspice菜单
(2)工具栏主要工具及Create绘图专用工具
位于电路图编辑窗口侧面的20个工具按钮是Create绘图专用的工具按钮,对应于Place下拉菜单各项指令,灵活运用可提高绘图效率。
其含义见图1-8。
图1-8工具栏主要工具及Create绘图专用工具
1.3电路图的绘制
(1)元器件库
绘制电路图首先就要从orCAD/Capture的元器件库中调用各种元器件符号。
其中,无源元件R、L、C及各种受控源E、F、G、H(E—VCVS、F—CCCS、G—VCCS、H—CCVS)等存放在ANALOG元件库;直流电压源VDC、直流电流源IDC、交流电压源VAC,交流电流源IAC等存放在SOURCE元件库;二极管、三极管、运算放大器等放在EVEL元件库;特殊用途符号,如输出电流标识符及参数符号等放在SPECIAL元件库。
(2)取用元器件
点击专用绘图工具中的
按钮,屏幕上弹出PlacePart对话框,如图1-9所示。
图1-9PlacePart对话框
Libraries列表框里显示元器件符号库名称清单,如所需元器件不在所列库中,可点击
AddLibraries(添加元器件符号库),出现如图1-10所示的BrowseFile(文件浏览)对话框,其中列出了Capture提供的库文件清单,从中选取所需的库文件,按打开按钮,即可将所选的库文件加至Libraries列表框中。
图1-10BrowseFile对话框
(3)放置元器件
鼠标左键单击元件库的有关元件,在编辑区即出现相应元件,拖拽该元件到位后单击左键即摆放一次,移动后再单击可继续摆放多次,摆放完毕后击右键可完成对元件的各种操作,如,结束元器件放置,可执行指令EndMode或点击绘图专用工具按钮
,详见图1-11电路图绘制快捷菜单。
摆放前箭头所指的一端代表元件端电压参考方向的正极。
如有多余线段或元件,单击左键变红后按“Delete”键,已被击红线段或元件即消失。
图1-11电路图绘制快捷菜单
(4)放置接地符号
需要注意的是,Pspice编辑的电路必须设置参考结点。
通过放置接地符号于某个结点,规定该结点为参考结点。
执行Place/Geound命令,或点击专用绘图工具中的
按钮,屏幕上弹出PlaceGeound对话框,如图1-12所示。
从SOURCE库中选择“0”,即可调用该接地符号。
图1-12PlaceGeound对话框
(5)连线
鼠标左键单击专用绘图工具栏中
图标,光标由箭头变为十字型。
将光标指向需要连线的端点(元件管脚上的小方块),单击鼠标左键,移动光标,即可拉出一条线,到达另一端点,接点出现一红色实心圆,再次单击鼠标左键,便可完成一段接线。
(6)标注结点
点击专用绘图工具栏中
图标,屏幕弹出PlaceNetAlias(结点别名设置)对话框,如图1-13所示。
在Alias文本框中键入结点名(如A1),点击OK按钮,则光标箭头附有一矩形框,移至目标结点处,单击鼠标左键,则该处显示新设置的结点名。
图1-13PlaceNetAlias对话框
(7)修改或输入设置参数
直流电源VDC、IDC二端元件R、L、C数据的输入方法是双击该元件旁默认的数值,在出现的小窗口内填上指定数值即可。
动态分析时,储能元件初始值的输入,方法是电感元件或电容元件取出后,箭头所指方向为电感电流或电容电压的参考正方向;确定参考正方向后,双击元件L或元件C,在弹出如图1-14所示的属性编辑器中“IC=”的位置输入电感初始电流或电容初始电压。
图1-14属性编辑器
受控源控制系数的输入方法是双击受控源,在如图1-15所出现的属性编辑器中“GAIN=1”后改添指定控制系数,关闭属性编辑器,数值即被保存。
图1-15属性编辑器
对于有具体型号的半导体器件(如三极管Q2N2222),其特性参数值由系统模型参数库提供,因此可更改项仅为如图1-16所示属性编辑器中的Reference(元器件编号)项。
图1-16三极管Q2N2222属性编辑器
不同类型电源参数的输入方法是双击电源符号,在弹出的属性编辑器中附值。
瞬态信号源——正弦信号源(VSIN、ISIN):
将表1-3正弦信号源属性参数附值给图1-21属性编辑器。
图1-21正弦信号源属性编辑器
表1-3正弦源的属性参数
参数
意义
单位
隐含值
V0FF
偏置电压
V
无
VAMPL
幅值电压
V
无
FREQ
频率
HZ
1/TSTOP
TD
延迟时间
S
0
DF(α)
阻尼时间
1/S
0
PHASE
初始相位
(0)
0
图1-22正弦源波形
交流电源VAC参数的输入方法:
双击交流电源符号,弹出如图1-23所示交流电源属性编辑器。
由于交流电路的工作频率已在电路类型的设置中输入,此时在属性编辑器中幅值(ACMAG)及相位(ACPHASE)处附值即可。
图1-23交流电源属性编辑器
2.电路的仿真分析计算
2.1分析类型的确定和参数确定
为了更好的地组织仿真过程,PSpiceA/D引入了仿真类型分组(SimulationProfile)的概念,将基本直流工作点计算、直流DC计算、交流小信号AC分析和瞬态TRAN分析作为4种基本的分析类型。
PSpice通过仿真类型分组来完成特性分析类型的确定参数设置,具体步骤如下。
(1)调出PSpice命令菜单在Capture主命令菜单中选择PSpice命令菜单,如图1-24所示。
图1-24PSpice菜单图1-25NewSimulation对话框
(2)建立仿真类型分组选择执行PSpice/NewSimulationProfile命令菜单,弹出图1-25所示的NewSimulation对话框,用于键入仿真类型组的名称。
(3)设置仿真类型和参数完成如图1-25所示的设置后,单击图中Create按钮,弹出图1-26所示的仿真类型和参数设置框,该设置框用于多种类型的参数设置。
图1-26仿真类型和参数设置框
Analysis标签页中需设置3方面内容。
1)基本分析类型的选定:
Analysistype一栏用于确定电路的基本分析类型,其右侧的下拉式列表中列出了TimeDomain(Transient)(瞬态分析)、DCSweep(直流分析)、ACSweep/Noise(交流小信号频率分析)、Biaspoint(直流偏置解计算)共4种基本电路分析类型,供选择。
2)仿真类型组Options中其他分析类型的选定:
其中,Generalsettings代表基本分析类型,ParametricSweep代表参数扫描分析类型。
3)分析参数的设置:
确定某种分析类型名后,其右侧即显示出该种分析中需设置的参数。
不同的电路分析类型,需要设置的分析参数也不相同。
✧设置直流电路(Biaspoint)的参数
Analysistype一栏,选Biaspoint,Options一栏选Generalsettings基本分析类型,确定即可完成。
若观察所有结点电压和支路电流及元器件功耗等,最简捷的方法是单击工具按钮
、
、
,单击工具按钮
运行后,所有结点电压和支路电流及元器件功耗将显示在电路图上,再击图标
、
、
,显示数据消失。
✧设置交流小信号频率响应分析的参数
如图1-26所示,交流信号源的频率在一定范围内变化,此时扫描参数设置栏内相应位置上添上扫描点数TotalPts、频率扫描初值StartFreq、频率扫描终值EndFreq。
如为正弦稳态响应,扫描参数设置栏内扫描点数TotalPts设置为1,频率扫描初值StartFreq等于频率扫描终值EndFreq,设置为电路工作频率。
✧设置瞬态响应分析的参数
只需在扫描参数设置栏内设置输出时间步长PrintStep和分析终止时间FinalTime,其它参数可缺省。
完成上述3类参数设置后,单击“确定”按钮。
2.2仿真分析计算及输出
设置好特性分析类型和分析参数后,选择执行Pspice/Run子命令或单击工具按钮
,按Pspice的内定设置,将显示仿真分析结果的信号波形,如图1-27。
图1-28为显示仿真结果波形的Probe模块中快捷菜单的作用,图1-29为Plot菜单下子命令的使用。
图1-27仿真分析结果的信号波形
图1-28Probe模块中快捷菜单
图1-29Plot菜单下子命令
✧设置曲线输出方式
执行Capture主命令菜单中的菜单命令Pspice/Makesr,弹出下拉菜单,前四项分别表示结点电压标识、支路电压、支路电流、功率损耗标识,一一取出并按需要摆放在测试点。
这四个标识符也可从Capture主命令窗口中的工具栏中
取出。
电路加输出标识以后,工作在固定频率时,在坐标点上显示的是该变量的幅值。
工作频率在一定范围变化时,将显示电路变量幅频特性曲线。
✧设置数值输出方式
正弦稳态响应在频率已设定时,输出量可以用幅值和相位表示,也可以用实部和虚部来表示。
若在子元件库Special.slb中取出VPRINT1打字机,移动打字机图符将其联到待测结点上,双击图符后弹出图1-30所示的输出标示符属性编辑器。
将所在结点的电压名称分别输入给模、相位、实部和虚部。
电路运行后,将输出待测结点电压的幅值、相位、实部和虚部。
类似操作,在Special.slb中取出VPRINT2打字机并联到待测支路,取出IPRINT打字机串联到待测支路,电路运行后,可分别输出待测支路电压及电流的幅值、相位,实部和虚部。
图1-30输出标示符属性编辑器
✧设置动态电路的输出方式
动态电路的输出方式与正弦电路的输出方式一样也有两种形式,即数值输出和曲线输出。
方法与正弦电路基本相同,只要在输出(结点、元件、支路)电压和电流的相应位置加对应的标识符即可。
至此,完成了电路分析计算。
附例:
三相电路Y—Y系统的仿真分析与研究
一.实验内容
启动orCAD9.2/Capture视窗,自行设计绘制出三相电路Y—Y系统电路图,设置仿真类型和参数,经仿真分析后,给出三相负载侧线、相电压和线、相电流的数值输出结果,并将其整理成瞬时值关系,对所得结果进行小结。
二.实验步骤
以图9三相四线制系统为例:
分析验证负载端相、线电压,相(线)电流关系。
1.绘制电路图:
将三相四线制电路图9,通过
按扭,点击程序/orCADFamilyRelease9.2LiteEdition/CaptureLiteEdition,即可启动Capture软件,进入元件库
Libraries子元件库(ANALOG)提取R、L元件。
进入
LibrariesSOURCE提取接地符号(EGND)。
进入元件库
Libraries子元件库(SOURCE)提取交流电压源(VAC)取笔
连线双击各元器件重新赋值(其中VAC要在幅值(ACMAG)、相位(APHASE)两项中赋值)进入
给出结点号,放在电路图中相应位置。
完成绘制如图10。
图10中安放了在0rCAD9.2元件总库specical.slb子库中取出的VPRINT1、VPRINT2打字机,分别并联到待测支路两端,取出的IPRINT打字机串接进待测支路,双击每个图符后弹出如图11所示的输出标示符属性编辑器,分别在AC、模(MAG)、相位(PHASE)、实部(REAL)、虚部(IMAG)处输“y”或”yes”。
图9三相四线制系统实例
图10用0rCAD软件绘制的三相四线制系统
图11输出标示符属性编辑器
2.设置仿真类型和参数
单击Capture主命令窗口中的
(设置仿真类型和参数)按钮,设置如图12所示。
图12设置仿真类型和参数
3.仿真分析计算及输出
图13Probe窗口界面
进入Probe窗口界面view菜单,如图13,单击outputFile后,将显示输出文件的屏幕,拖动滚动条可观察到电源侧和负载侧相、线电压的幅值、相位、实部和虚部(为节省篇幅,这里只给出幅值和相位)如下:
负载端相电压:
FREQVM(A1,$N_0006)VP(A1,$N_0006)
5.000E+012.174E+025.857E-03
FREQVM(B1,$N_0007)VP(B1,$N_0007)
5.000E+012.174E+02-1.200E+02
FREQVM(C1,$N_0008)VP(C1,$N_0008)
5.000E+012.174E+021.200E+02
整理:
u(A1,N1)=217cos(314t)V
u(B1,N1)=217cos(314t-1200)V
u(C1,N1)=217cos(314t+1200)v
负载端线电压:
FREQVM(A1,B1)VP(A1,B1)
5.000E+013.765E+023.001E+01
FREQVM(B1,C1)VP(B1,C1)
5.000E+013.765E+02-8.999E+01
FREQVM(C1,A1)VP(C1,A1)
5.000E+013.765E+021.500E+02
整理:
u(A1,B1)=376.5cos(314t+300)V
u(B1,C1)=376.5cos(314t-900)V
u(C1,A1)=376.5cos(314t+1500)V
负载端线电流、相电流:
FREQIM(V_PRINT1)IP(V_PRINT1)
5.000E+011.317E+00-3.716E-01
FREQIM(V_PRINT2)IP(V_PRINT2)
5.000E+011.317E+00-1.204E+02
FREQIM(V_PRINT3)IP(V_PRINT3)
5.000E+011.317E+001.196E+02
整理:
i(A1,B1)=1.317cos(314t-0.37160)A
i(B1,C1)=1.317cos(314t-120.40)A
i(C1,A1)=1.317cos(314t+119.60)A
中线电流:
FREQIM(V_PRINT4)IP(V_PRINT4)
5.000E+016.644E-161.701E+02
整理:
i(N2,N1)=0A
总结:
1)线电压、相电压、线(相)电流是对称的,即,它们各自大小相等,频率相同,相位互差120度。
2)负载做星型连接时,线电压是相电压的
倍,且线电压超前相电压300,线电流=相电流,三相四线对称电路,中线电流=0。
参考书目:
1.电子CAD实用教程
——基于0rCAD9.2李国洪主编机械工业出版社,2003
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- 电路 指导