Исследование линейных электрических цепей при периодических несинусоидальных воздействиях в среде Multisim 10.1
Исследование линейных электрических цепей при периодических несинусоидальных воздействиях: Методические указания для студентов
Данное методическое пособие, разработанное для студентов Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана, посвящено исследованию линейных электрических цепей в условиях периодических несинусоидальных воздействий. Цель работы – предоставить студентам теоретические знания и практические навыки, необходимые для анализа и расчета таких цепей, а также развить умение работать с программным обеспечением Multisim 10.1.
Теоретические основы и методология
В основе работы лежит анализ явлений в электрических цепях с периодическими несинусоидальными ЭДС, базирующийся на теореме Фурье. Согласно этой теореме, периодическую несинусоидальную функцию можно представить в виде суммы постоянной составляющей и бесконечного ряда синусоидальных функций (гармоник). Для практических расчетов обычно ограничиваются несколькими первыми гармониками. В методических указаниях подробно рассматривается методика расчета линейных электрических цепей при воздействии периодических несинусоидальных ЭДС, включая разложение ЭДС на составляющие, расчет токов для каждой составляющей и определение общих значений токов и напряжений. Особое внимание уделяется влиянию реактивных элементов (индуктивности и емкости) на форму тока в цепи.
Практические задания и работа в Multisim 10.1
Основная часть пособия посвящена практическим заданиям, выполняемым в среде Multisim 10.1. Студентам предлагается решить три основных задачи:
- Расчет и моделирование разветвленной цепи: Студенты должны рассчитать токи, напряжения, мощности и коэффициент искажения в линейной электрической цепи при воздействии периодической несинусоидальной ЭДС. Далее необходимо собрать модель цепи в Multisim 10.1, провести измерения и сравнить полученные результаты с расчетными значениями.
- Исследование влияния элементов на форму тока: Студенты исследуют изменение формы тока в ветвях с резистором, конденсатором и катушкой индуктивности при их параллельном подключении к источнику несинусоидальной ЭДС. Анализ проводится на основе осциллограмм и измерений действующих значений токов.
- Экспериментальный анализ с использованием фильтров: Студенты исследуют влияние простейшего фильтра (параллельного LC-контура) на гармонический состав тока. Цель – выделить заданную резонансную частоту. Анализ проводится путем сравнения осциллограмм и измерений токов в цепи с фильтром и без него.
Оценка знаний и требования к отчету
Для успешного выполнения заданий студенты должны подготовить отчет, включающий расчеты, схемы, таблицы результатов, осциллограммы и выводы. Оценка знаний осуществляется в три этапа: допуск к выполнению задания, наблюдение за работой и защита результатов. Защита включает в себя проверку отчета, правильности результатов и ответы на контрольные вопросы, охватывающие теоретические основы, методику расчетов и особенности работы в Multisim 10.1. В заключении подчеркивается важность полученных знаний и навыков для будущей профессиональной деятельности.
Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана В.А. Соболев Исследование линейных электрических цепей при периодических несинусоидальных воздействиях в среде Multisim 10.1 Методические указания к практическому занятию по курсу «Электротехника и электроника»
С54
УДК 621.38
ББК 32.973
С54
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/72/book1296.html
Факультет «Фундаментальные науки»
Кафедра «Электротехника и промышленная электроника»
Рекомендовано Редакционно-издательским советом
МГТУ им. Н. Э. Баумана в качестве методических указаний
Рецензент
д-р физ.-мат. наук, профессор И. Н. Алиев
Соболев, В. А.
Исследование линейных электрических цепей при периодических несинусоидальных воздействиях в среде Multisim 10.1 :
методические указания к практическому занятию по курсу
«Электротехника и электроника» / В. А. Соболев. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 28, [4] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-4256-0
Приведены краткие теоретические сведения о методике расчета линейных электрических цепей при воздействии периодических несинусоидальных ЭДС в компьютерной среде Multisim 10.1. Даны указания по обработке
и анализу полученных результатов.
Для студентов МГТУ им. Н. Э. Баумана, изучающих дисциплину «Электротехника и электроника».
УДК 621.38
ББК 32.973
© МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015
© Оформление. Издательство
ISBN 978-5-7038-4256-0
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015
2
Предисловие Периодическими несинусоидальными называют токи и напряжения, изменяющиеся во времени по периодическому несинусоидальному закону. Такие токи могут возникать при различных режимах работы электрических цепей. Методы расчета, применяемые для электрических цепей синусоидального тока, для этих режимов неприемлемы. На данном практическом занятии студенты рассматривают методику расчета линейных электрических цепей при их подключении к источнику несинусоидальной периодической ЭДС и экспериментального исследования особенностей протекания токов в таких цепях в среде Multisim 10.1. Анализ явлений в электрических цепях с периодическими несинусоидальными ЭДС основан на теореме Фурье. Согласно этой теореме, периодическую несинусоидальную функцию, отвечающую условиям Дирихле, можно представить как сумму постоянной составляющей и суммы синусоидальных функций (гармоник) с возрастающими кратными частотами. На основе принципа суперпозиции ток в линейных электрических цепях можно вычислять последовательно, учитывая воздействие каждой составляющей ЭДС, а общий ток в цепи определять как сумму полученных результатов. Так как амплитуды гармоник быстро уменьшаются с ростом их порядкового номера, в технических расчетах используют несколько первых гармоник, пренебрегая остальными. Разложение в ряд Фурье для большого числа периодических функций, используемых на практике, приведено в специальных справочниках. Для некоторых периодических несинусоидальных функций ряды Фурье даны в приложении. Цель практического занятия — закрепление теоретических знаний и практических навыков аналитического расчета при воздействии периодических несинусоидальных ЭДС в линейных цепях, приобретение опыта работы в компьютерной среде Multisim 10.1. 3
После выполнения практического задания студенты будут: • знать суть резонансных явлений при периодических несинусоидальных токах, а также суть процессов, происходящих в линейных цепях при воздействии периодических несинусоидальных ЭДС; • владеть методиками проведения исследований линейных электрических цепей при воздействии несинусоидальных периодических ЭДС в компьютерной среде Multisim 10.1; • уметь оперировать основными характеристиками режима несинусоидальных периодических ЭДС: действующими значениями тока и напряжения; активной, реактивной, полной мощностью и мощностью искажения, коэффициентами несинусоидальности и искажения. 4
Похожие