112

Министерство образования и науки российской федерации федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.И. КАПАЕВ, Н.А. ТАРАСОВА

ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ

ELEKTRONICS WORKBENCH

Учебное пособие

по курсу

«Теоретические основы электротехники»

Допущено ученым советом КГЭУ

в качестве учебного пособия для студентов

Казань 2008

УДК 501

ББК 21.211

К19

Рецензенты:

кандидат технических наук, профессор КВАКУ А.А. Варёнов;

кандидат технических наук, доцент Казанского государственного

энергетического университета О.В. Погодицкий

	Капаев В.И., Тарасова Н.А.
К19	Основы компьютерного моделирования электрических цепей в программной среде Elektronics Workbench: Учеб. пособие / В.И. Капаев, Н.А. Тарасова. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2008,. – 111 с.
	В учебном пособии изложены основы компьютерного моделирования электрических цепей в программной среде Elektronics Workbench. При описании методики построения схем и их анализа приводится вид экрана после проведения каждой элементарной операции, что делает изложение материала наглядным. Учебное пособие соответствует минимуму содержания раздела «Современные пакеты прикладных программ расчета электрических цепей и электромагнитных полей на ЭВМ» учебной дисциплины «Теоретические основы электротехники» и предназначено для студентов электроэнергетических специальностей.

ББК 21.211

УДК 501

© Казанский государственный энергетический университет, 2008

Предисловие

Электротехника принадлежит к той области естественных наук, в которой процесс познания требует неразрывной связи теоретического анализа и экспериментальных исследований. При традиционной методике изучения данной учебной дисциплины этого достичь практически невозможно из-за ограниченного доступа обучаемых к лабораторному оборудованию, которое характеризуется большим разнообразием и возможностью поломки при некорректных действиях обучаемых. Особенную остроту приобретает эта проблема при дистанционной форме обучения.

Сегодня представляется реальная и доступная возможность проведения широкого спектра экспериментальных исследований в виртуальной электротехнической лаборатории на персональном компьютере. Существует большое число пакетов программ компьютерного моделирования электротехнических устройств [1]. Большинство из них рассчитано на специалистов, занимающихся схемотехническим проектированием аналоговых и цифровых устройств радиоэлектроники и автоматики, требует серьезной предварительной подготовки пользователя и наличия у него специальных знаний и представляет значительные трудности в освоении. При этом из круга посвященных в компьютерное моделирование электротехнических устройств исключается огромное количество потенциальных пользователей, в том числе и обучающиеся, перед которыми стоит относительно простая задача ознакомления с основами компьютерного моделирования электротехнических устройств с целью обеспечения неразрывной связи теоретического анализа и экспериментальных исследований в процессе изучения дисциплины «Теоретические основы электротехники».

Значительное расширение круга пользователей возможно лишь тогда, когда процесс моделирования будет максимально приближен к реальному эксперименту. В этом случае обучаемый, осуществляя естественную последовательность таких операций, как сборка схемы, подключение к ней измерительных приборов, задание параметров генераторов входных воздействий и установка на панелях измерительных приборов, таких, как амперметр, вольтметр, мультиметр, генератор, осциллограф, делает процесс исследования наиболее естественным и понятным. Кроме того, пользовательский интерфейс программы моделирования должен быть максимально интуитивен, предельно прост и доступен обучаемым, имеющим начальные навыки работы на компьютере с операционной системой Windows, что значительно упростит и ускорит процесс ее освоения обучаемыми. Адаптация обучаемых к основным операциям при этом не должна быть более 30 минут, и у них появляется больше времени для планирования и проведения экспериментов, а также изучения всех возможностей используемого виртуального инструментария. Поэтому при выборе программы для моделирования электрических цепей следует, прежде всего, руководствоваться следующими соображениями:

• простотой построения схемы исследуемой электрической цепи;

• возможностью получения результата моделирования в требуемой форме;

• наличием в программе всех необходимых для моделирования цепей элементов (источников напряжения и тока, элементов коммутации, источников сигналов требуемой формы и др.);

• наличием измерительных приборов, по внешнему виду, органам управления и характеристикам приближенных к реальным промышленным аналогам;

• возможностью получения так называемых демонстрационных, или обучающих, версий (Demo) программ через Internet.

Отбор по таким критериям приводит к выбору наиболее популярной, простой и доступной программы компьютерного моделирования и анализа электротехнических и электронных устройств Electronics Workbench (электронная лаборатория) фирмы Interactive Image Technologies (Канада). Далее будем называть ее сокращенно программой EWB.

Моделирование в среде EWB выполняется без формул, на языке принципиальных электрических схем. Программа EWB нашла широкое распространение в системе образования России [3–5]. По наглядности и восприятию традиционных схемных решений, а также по уровню приобретения практических навыков работы с разнообразными измерительными приборами в настоящее время ей нет равных. Поэтому авторами была выбрана программа EWB как самая легко осваиваемая, с простым пользовательским интерфейсом.

Программа EWB в версии 5.0 реализуется в операционной среде Windows 95/NT, требуемый объем памяти на жестком диске – около 8 Мбайт, объем оперативной памяти – 8 Мбайт (рекомендуемый – 16 Мбайт).

Данное учебное пособие, имея ознакомительную цель, охватывает лишь небольшую часть относительно простых линейных электрических цепей постоянного и синусоидального тока и поэтому не раскрывает широкие потенциальные возможности всего многообразия инструментальных средств и наборов элементов программы EWB, весь арсенал методов планирования и проведения экспериментов в схемах, построенных на базе имеющихся в программе моделей элементов. Цель пособия – кратко и в доступной форме раскрыть основные возможности виртуальной электронной лаборатории на персональном компьютере Eletctronics Workbench, показать методику подготовки и моделирования электрических цепей в ее среде.

Описание программы EWB в полном объеме и методика проведения экспериментальных исследований с использованием всего многообразия инструментальных средств, наборов элементов, методов планирования и проведения экспериментов с использованием данной программы изложены в литературе, приведенной в библиографическом списке. Учебное пособие не подменяет издание [2], а ставит цель компактного и доступного изложения основ компьютерной моделирующей программы EWB в рамках требований Государственного образовательного стандарта и квалификационных требований по учебной дисциплине «Теоретические основы электротехники». Вместе с тем, оно может послужить ключом, открывающим обучаемым доступ к одному из фундаментальных отечественных компьютерных электротехнических практикумов на Electronics Workbench [3], а также основой для совершенствования учебного процесса, развития дистанционного обучения и новых методов экспериментальных исследований и по другим учебным дисциплинам электротехнического блока.