Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Институт: Инженерная школа энергетики (ИШЭ)

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Отделение: Электроэнергетики и электротехники (ОЭЭ)

Отчет по практической работе № 1

МОДЕЛИРОВАНИЕ В MULTISIM

По дисциплине: «Программные средства профессиональной деятельности»

Вариант № 5

Выполнил студент гр. 5А36: Кондрашов Максим Анатольевич ^{(Дата, подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: старший преподаватель Розаев Иван Андреевич

^{(Степень, звание, должность) (Дата, подпись) (Ф.И.О.)}

Томск, 2024 г.

Цель практикума: научиться создавать виртуальные лабораторные установки в среде Multisim, проводить исследования с помощью виртуальных лабораторных установок, определять и анализировать частотные и временные характеристики электрических цепей.

Задание 1.

Подключение и настройка измерительных приборов, проверка работы электрических схем. Для проведения эксперимента и расчетов воспользуемся схемами, приведенными на рисунке 1.

Рисунок 1. Схемы электрических цепей при различном подключении резисторов.

На рисунке показаны три схемы различного подключения резисторов: а-последовательное, б- параллельное, в- смешанное. В программе Multisim произведем имитационное моделирование приведенных выше схем. На рисунке 3 (справа) показана схема последовательного подключения резисторов (рисунок 1(а)), собранная при помощи программного продукта. А также показано окно подключенного мультиметра ХММ1 (омметр) (рисунок 3 (слева)) для измерения входного сопротивления цепи. Значения резисторов, амплитуды напряжения источника питания, частоты источника питания (для эксперимента на переменном напряжении) выбраны по варианту, заданному преподавателем и приведены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры электрической схемы по варианту.

Вариант №	R1 (Ом)	R2 (Ом)	R3 (Ом)	Е (В)	е (В, 50 Гц)
7	7	12	10	20	220

Рисунок 2. Электрические цепи, созданные в соответствии с рис. 1 и параметрами по варианту в Multisim.

Рисунок 3. Схема электрической цепи при последовательном подключении резисторов в Multisim и мультиметр для измерения входного сопротивления цепи.

Произведем расчет общего (входного) сопротивления цепи:

Из рисунка 3 (слева) по данным мультиметра следует, что схема собрана верно и полученное значение совпадает с расчетным значением входного сопротивления.

Далее вычислим значение напряжения потерь на 3 резисторе, для этого к схеме (рисунок 3) подключим источник питания и воспользуемся вольтметрами, включёнными в цепь (рисунок 4).

Рисунок 4. Схема электрической цепи при последовательном подключении резисторов в Multisim и вольтметры, включенные в цепь для измерения напряжения потерь на резисторах_.

Произведем расчет напряжения потерь на резисторах:

Из закона Ома: следует, что, зная значение входного сопротивления и напряжения питания, можно вычислить ток, протекающий через элементы схемы.

Тогда, зная ток, протекающий через элементы схемы, и значения резисторов можно найти значения напряжений потерь на каждом из резисторов.

По второму закону Кирхгофа, сумма напряжений потерь на элементах схемы равняется напряжению источника. Произведем проверочный расчет:

Расчет можно считать верным, значения находятся в зоне допустимой погрешности вызванной округлением значений.

На рисунке 5 (слева) показана схема параллельного подключения резисторов (рисунок 1(б)), собранная при помощи программного продукта. А также показано окно подключенного мультиметра (рисунок 5 (справа)) для измерения входного сопротивления цепи.

Рисунок 5. Схема электрической цепи при параллельном подключении резисторов в Multisim и мультиметр для измерения входного сопротивления цепи.

Произведем расчет общего (входного) сопротивления цепи:

Для случая параллельного соединения резисторов расчет производится путем упрощения схемы до эквивалентной с приведением каждых двух параллельных резисторов к одному эквивалентному сопротивлению.

Из рисунка 5 (справа) по данным мультиметра следует, что схема собрана верно и полученное значение совпадает с расчетным значением входного сопротивления.

Далее вычислим значения напряжения потерь на каждом из резисторов, для этого к схеме (рисунок 6) подключим источник питания и воспользуемся вольтметром включённым в цепь как показано на рисунке 7. Данные полученные с вольтметра показаны на рисунке.

Рисунок 7. Схема электрической цепи при параллельном подключении резисторов в Multisim и вольтметр, подключенный параллельно к R₁, R₂, R₃ для измерения напряжений потерь на сопротивлениях. Значение вольтметра справа на рисунке 7.

Исходя из второго закона Кирхгофа при таком соединении резисторов, каждый из них будет потреблять напряжение источника, значит все напряжения потерь равны.

На рисунке 8 (слева) показана схема смешанного подключения резисторов (рисунок 1(в)), собранная при помощи программного продукта. А также показано окно подключенного мультиметра рисунок 8 (справа) для измерения входного сопротивления цепи.

Рисунок 8. Схема электрической цепи при смешанном подключении резисторов в Multisim и мультиметр для измерения входного сопротивления цепи.

Произведем расчет общего (входного) сопротивления цепи:

В данном случае имеет место как последовательное, так и параллельное соединение резисторов. Расчет производится путем упрощения схемы до эквивалентной с приведением двух параллельных резисторов к одному эквивалентному сопротивлению, а затем суммированием величин полученных последовательных сопротивлений.

Из рисунка 8 (справа) по данным омметра следует, что схема собрана верно и полученное значение совпадает с расчетным значением входного сопротивления.

По закону Ома найдем значение тока в схеме:

Далее вычислим значения напряжения потерь на каждом из резисторов, для этого к схеме (рисунок 8) подключим источник питания и воспользуемся вольтметрами, включённым в режиме цепь как показано на рисунке 9. Данные, полученные с вольтметров показаны на рисунке 9.

Рисунок 9. Схема электрической цепи при смешанном подключении резисторов с вольтметрами для измерения напряжения потерь на сопротивлениях в Multisim.

Тогда, зная ток, протекающий через элементы схемы, и значения резисторов можно найти значения напряжений потерь на каждом из резисторов

Так как R₂ и R₃ соединены параллельно, то исходя из второго закона Кирхгофа:

.

Расчет можно считать верным, так как значения находятся в зоне допустимой погрешности, вызванной округлением значений.

Рисунок 10. Электрические цепи, созданные в соответствии с рисунком 1 и параметрами по варианту в Multisim с источником переменного тока.

Рисунок 11. Схема электрической цепи при последовательном подключении резисторов и мультиметр для измерения напряжения на R₃ в Multisim.

Рисунок 12. Схема электрической цепи при параллельном подключении резисторов и мультиметр для измерения напряжения на R₃ в Multisim.

Рисунок 13. Схема электрической цепи при смешанном подключении резисторов и мультиметр для измерения напряжения на R₃ в Multisim.

Анализ полученных результатов:

Таблица 2. Результаты исследований.

Эксперимент				Расчет
№ схемы	Rвх (Ом)	UR3 (В)	uR3 (В)	Rвх (Ом)	UR3 (В)	uR3 (В)
Сх.1	26		30,96	26		30,96
Сх.2		20	114,996		20	114,996
Сх.3		5,65	32,488		5,65	32,488

Вывод: в ходе выполнения данного задания мы научились подключать и настраивать приборы данного продукта, а также проводить проверку работы электрических схем.