5-ЗРс-1 / Кардашев Методика решение электротехнических задач в MathCAD&MultiSim
.docРешение электротехнических задач в MathCAD & MultiSim
-
Открываем рабочий документ MathCAD (MC).
-
Помещаем на рабочее поле текстовое содержание задачи.
-
Присваиваем заданным переменным необходимые значения и пересчитываем, параметры компонентов для задания их в MS (см. ниже).
-
По текстовому содержанию задачи составляется эквивалентная электрическая схема цепи, устройства трансформатора и т.п.
-
Если в задаче дана принципиальная схема, то по этой схеме и приведенным данным составляется эквивалентная электрическая схема (схема замещения, расчетная схема) имеет обозначения всех переменных со своими знаками и параметры, входящих в нее двухполюсников.
-
Схему можно начертить в любом графическом редакторе, обозначив все токи, напряжения и т.д., но целесообразнее создать виртуальную модель цепи в программе MultiSim (MS).
Решение задачи в MC
- присваивается значение переменных (измеряются в основных единицах В, А, Ф, Гн и т.д.)., но система проверки и обозначения размерностей Маткад не используется и единицы измерений или не пишутся в рабочем документе либо пишутся отдельно переходом в текстовый редактор, или после печати вписываются от руки (за исключением градусов deg !)
Пример: U:=12 В. (Здесь В напечатана отдельно от присвоения значения напряжения в текст. ред.)
- панель с греческими буквами вытаскивается на рабочее поле.
- рассчитываем параметры всех двухполюсников.
Построение схемы в MS
-
Открываем рабочий документ и выбираем необходимые опции моделирования, в частности старт обозначения компонентов:Options>Global options > Components >Symbol standard >ANSI/IEC, выбираем IEC в MS 13 ( DIN в MS 12 и ниже). В этом случае резистор изображается прямоугольником, а не зубчатой пилой, изменяются и графические изображения многих других компонентов, но на вызывных иконках в Help в схемах библиотечных файлов, справочном руководстве и т.п. документации они остаются американскими! (Лучше это проделать сразу после установки программы.)
-
Определить параметры элементов схемы, перейдя в MC (можно это сделать после печати в нём текста).
-
Построить виртуальную модель схемы (при наличии каких-то файлов с похожими схемами, например из библиотечных файлов можно их переделать , предварительно сохранив их под новым именем) располагая схемные компоненты, как правило, слева направо от источника:
-
Источник (AC/DC POWER)
-
Идеальный источник тока DC CURRENT в IEC 60617 или DIN скопировать в составляемую схему из прилагаемого файла J .и отредактировать параметры в соответствии с заданием
-
Простейшие элементы Place basic > AC/DC POWER ; RESISTOR; и т.д.
-
Выбрать необходимые измерительные приборы (Place indicators – Амперметры, Вольтметры и Instruments - Ваттметр, Мультиметр, Генератор сигналов, Осциллоскоп и т.п.).
-
Для измерения фазовых соотношений между током и напряжением на осциллоскопе использовать в качестве датчика тока источник напряжения управляемый током (CURRENT_CONTROLLED_VOLTAGE_SOURCE), выбираемый из закладки SOURCE, Обратите внимание на его обозначение в зависимости от стандарта:
-
Отредактировать параметры компонентов и приборов в соответствии с условием задачи, обращая особое внимание на префиксы задаваемых величин, род тока AC/DC и т.п.
-
Отредактировать расположения компонентов пользуясь курсором и стрелками.
-
Расстояние между соседними компонентами не менее двух клеток.
-
Выбрать и обозначить на схеме, узлы, ветви и контуры, изобразить стрелки токов и напряжений, направление обхода контуров.
-
Провести необходимое моделирование поведения цепи; сохранить файл.
-
Войдя в опцию Tools выбрать Capture screen area и скопировать в буфер схему с показаниями приборов и отдельно осциллоскоп, Боде-плоттер и т.п.
-
Войдя в открытый документ MC, справа от полустраницы с условием и последующим решением, вставить туда копии моделирования в MS (можно создать многооконный интерфейс, держа слева поле MC, а справа поле MS и работать, переходя от одной программы к другой).
Решение задачи в MC
-
Присвоить значение переменным (они измеряются в основных единицах В, А, Ф, Гн и т.д.)., но система проверки и обозначения размерностей Маткад не следует использовать и единицы измерений или не пишутся в рабочем документе вообще либо пишутся отдельно с переходом в текстовый редактор, (или после печати вписываются от руки) за исключением перехода от радиан к градусам deg ! Примеры:
Здесь V и Hz напечатаны раздельно от присвоения значения переменных в отдельных текстовых областях.
Н а ч а л ь н а я ф а з а э к в и л е н т н о г о с и н у с о и д а л ь н о г о н а п р я ж е н и я
С д в и г ф а з
-
панель с греческими буквами и другие часто используемые инструменты Маткад вытаскиваются на рабочее поле.
-
Рассчитываются параметры всех двухполюсников.
-
В зависимости от типа анализа цепи выбирается соответствующий метод её анализа и составляются необходимые уравнения.
-
Проводится численное решение и при необходимости оно сопровождается построением графиков.
-
Сопоставляются результаты моделирования в обоих программах и делаются выводы о сходимости результатов.
Построение векторных диаграмм
1) Напечатаем сетку в любой графической программе (здесь использована Microsoft Power Paint).
2) Построим декартову систему координат и повернём её на 90 град. против часовой стрелки.
3) Проставим на осях +1 и +j; 0 Вольт поместим в начало координат и поместим туда нейтральную точку (вывод нейтрали) трёхфазного генератора N и туда же нейтральную точку нагрузки n, поскольку сопротивление нейтрали равно нулю по условию.
4) Для построения векторной топографической (потенциальной) диаграммы напряжений выберем соразмерный с имеющимся форматом масштаб в V/cm или Вольт на одну сторону клетки и покажем его в виде отрезка в свободном поле.
5) Копируют из рабочего документа Mathcad на свободное поле диаграммы полученные комплексные вектора и соотношения для фазных и линейных напряжений.
5) В соответствии с уравнениями для фазных и линейных напряжений на диаграмме покоординатно (действ. часть + мнимая часть) строим чёрными тонкими векторами в масштабе все фазные и линейные напряжения (эти промежуточные построения после окончательных построений можно убрать). Размечаем концы фазных напряжений генератора как А, B, C (их началом является точка N) и нагрузки - a, b, c (их началом является точка n). В приведённом примере сопротивление линейных проводов и нейтрали приняты равными нулю, поэтому потенциалы начал одноименных фаз генератора и нагрузки совпадают (А и а, В и b, C и с), также как и их нейтральные точки (N и n).
6).В соответствии с принятой цветовой маркировкой выбирают цвета стрелок: Ж, З, К соответственно для фазных напряжений генератора и нагрузки и обозначают их на диаграмме. Затем определяют правильную ориентацию векторов линейных напряжений и обозначают их на диаграмме.
7) Для построения диаграммы токов копируют из рабочего документа Mathcad на свободное поле диаграммы полученные комплексные вектора фазных и линейных токов, тока в нейтрали и соотношений между ними. Выбирают походящий масштаб в А/см и отмечают его отрезком.
8) строися покоординатно (начиная из начала координат в выбранном масштабе) вектор фазного тока Ia, из его конца Ib, из конца которого Iс.
Достраивают вектор тока нейтрали, как замыкающий этого "верёвочного многоугольника", т. е. из n к концу Iс.
-
Копируют полученную диаграмму в рабочий документ Mathcad.
Рекомендуемая литература
В. В. Регеда, О. Н. Регеда ИЗУЧЕНИЕ КУРСА ТЭЦ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ИНЖЕНЕРНЫХ РАСЧЕТОВ https://yadi.sk/i/tXjELE68f66bW
Майер Р.В. Расчет электрических цепей в системе Mathcad: Учебное пособие / http://exponenta.ru/educat/systemat/maier/index.asp
Рекус Г.Г. Сборник задач по основам электротехники.