电路分析课程实验引入仿真的实践探索

摘要

“电路分析”课程是电气信息类专业的重要基础课程，电路分析实验能巩固所学知识，加深对理论知识的理解，提高动手能力和创新实践能力，特别是在实验中安排一些运用理论知识的计算，更能促进平时的理论学习。随着计算机信息技术的发展，利用仿真软件进行电路仿真实验已成为重要手段之一，仿真实验可以简化实验流程，提高实验效率；仿真实验可以代替实做时操作难度大易出安全问题的实验；仿真实验弥补实验室元器件不足的问题，扩展实践空间和实验内容，有利于开展设计性、探索性、研究性实验。
　　本论文的研究工作是探索如何在传统的全实物的电路实验中引入Multisim仿真软件对电路实验进行仿真实验。
　　“电路分析”课程实验目前主要是以传统的实物实验为主，一般是有多少套设备就开设多少组实验，而且设备更新周期长。在引入仿真实验以后可以有效利用和挖掘资源，为学生提供更多的实践机会，让学生更好的掌握和巩固所学知识，很多实验学生可以在实验前的实验预习部分先做出仿真，还可以做出很多相关的实验题目。
　　全实物实验虽然能增强动手能力，但很多时候由于客观条件的限制，在实物实验中一般是同一线路同一参数同一数据结果，做不到线路不同或线路相同但参数不同，若要做到这些不同就不便于教师检查线路，也不便于检查数据的正确性；在综合设计性实验中，只要设计出线路，计算结果也有，但由于条件限制无法做出验证。引入仿真软件进行就可以很好解决这一问题。
　　在直流电阻电路的验证实验中，仿真实验可以做到同一线路不同参数，改变以往实验中每人参数一样的现状；特别是在验证戴维南定理的实验中，仿真试验的结果就不用担心像实物实验那样受仪表内阻的影响，仿真实验可设置不同的仪表内阻以此来研究内阻对实验结果的影响。
　　在进行单相交流电路实验时，仿真实验可以快速得到实验数据，再运用软件的交流分析功能可以省去复杂的计算过程，特性曲线也能和理论一致，比如仿真实验就能不计电感线圈的内阻。
　　在三相电路实验中，仿真实验时可任意设定负载取值，如负载为零等情况。
　　在电路实验中引入仿真实验后，通过两学期的实验教学的实践，得到了实验任课教师的好评，学生反映良好，达到了预期的目标。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

1.1 电路分析实验的现状

1.2 电路实验教学中物理实验与仿真实验相结合

1.2.1 使用仿真软件进行仿真实验的优点

1.2.2 仿真实验在电路实验课程中的不足

1.3 电路中常甩的几种仿真软件比较

1.3.1 Multisim

1.3.2 EWB

1.3.3 Pspice

1.3.4 Proteus ISIS

1.4 课题研究意义和主要内容

1.4.1 直流电阻电路实验

1.4.2 单相交流电路实验

1.4.3 三相电路实验

第二章 电路分析基础和仿真软件介绍

2.1 电路分析基础

2.1.1 电路与电路模型

2.1.2 电路中的基本物理量

2.1.3 单个电路元件模型及特性

2.1.4 电源电路模型

2.2 MULTISIM软件简介

2.2.1 Multisim的几种版本

2.2.2 NI Multisim 10优势

2.2.3 NI Multisim 10特点

2.2.4 Multisim的主窗口界面

2.3 电路实验的目标及常用仪器

2.3.1 电路实验的目标

2.3.2 本次电路实验中选用的仪表

2.3.3 本次电路实验中选用的仪器设备

第三章 直流电阻电路仿真与实验测量比较研究

3.1 直流电阻电路的基础理论

3.1.1 基尔霍夫定律

3.1.2 叠加定理

3.1.3 互易定理

3.2 验证KCL、KVL、叠加定理及互易定理的电路原理图设计

3.2.1 分析与说明

3.2.2 理论计算验证KCL、KVL的数据

3.2.3 仿真实验验证KCL、KLL

3.2.4 实物实验验证KCL、KVL

3.2.5 验证叠加定理

3.2.6 验证互易定理

3.2.7 总结及分析

3.3 测有源二端网络的等效参数(应用戴维南定理)

3.3.1 戴维南定理的理论阐述

3.3.2 应用戴维南定理的实验电路原理图设计

3.3.3 理论计算

3.3.4 仿真实验测量

3.3.5 实物实验测量验证

3.3.6 仿真实验与实物实验总结分析

第四章 单相交流电路实验

4.1 单相交流电路基础理论

4.1.1 单个元件的相量形式

4.1.2 阻抗

4.1.3 功率

4.1.4 功率因数

4.2 实验方法(三表法)测量交流电路的有关参数

4.2.1 测定交流电路等效参数的方法与理论计算

4.2.2 实验原理图设计及测量

4.2.3 仿真测电感电容串联时的电压、电流、功率，给出仿真分析结果

4.2.4 R L C串联时的理论计算

4.2.5 实测电感与电容串联时的电流和功率

4.2.6 分别测量电感线圈、电容及电感与电容并联的交流参数

4.2.7 总结及分析

4.3 研究提高电路的功率因数

4.3.1 提高电路的功率因数的方法与意义

4.3.2 实验提高电路的功率因数的原理图设计

4.3.3 研究负载的功率因数不同时对△U、△P和η的影响。

4.3.4 总结分析

第五章 藕合电感的实验

5.1 藕合电感线圈的理论基础

5.1.1 互感电压与自感电压

5.1.2 同名端

5.2 实验研究交流电路中的互感

5.2.1 耦合线圈同名端的判别

5.2.2 仿真测量互感线圈正串、反串时的电流值

5.2.3 实验操作

5.3 两种测量互感M的方法

5.3.1 三表法

5.3.2 互感电动势法测量互感M电路

5.3.3 仿真测量互感的电路图及结果

5.3.4 用互感电动势法的实测M的相关计算

5.4 空心变压器二次回路的负载阻抗ZL对一次回路的影响

5.5 总结与分析

第六章 三相电路的实验

6.1 三相电路的电压、电流、功率的理论基础

6.1.1 三相电源与三相负载

6.1.2 三相负载的连接

6.1.3 三相电路的连接

6.1.4 电路的三角形连接

6.1.5 对称三相负载的功率

6.2 实验测试研究三相电路的电压和电流

6.2.1 负载的三角形联接

6.2.2 实验测量负载为三角形联接的电压和电流

6.3 总结与分析

第七章 关于R、L、C串并联谐振电路的实验

7.1 RLC串联电路的理论分析

7.1.1 RLC串联电路

7.1.2 RLC串联电路的谐振特性

7.1.3 串联谐振电路的特性曲线及品质因数Q

7.2 实验仿真与实做

7.2.1 仿真RLC串联谐振

7.2.2 实验测量与操作：RLC串联谐振

7.3 RLC并联谐振电路实验

7.3.1 仿真RLC并联谐振实验

7.3.2 实测RLC并联电路的谐振特性

7.4 总结与分析

第八章 电路拓展实验

8.1 三相电路拓展实验

8.1.1 Y-Y电路负载不对称时的电压

8.1.2 实验测试负载为星形联接时的电压电流

8.1.3 仿真Y-Y连接试验

8.1.4 实际测量数据如表8-1：

8.1.5 总结分析

8.2 测交流电路等效参数拓展仿真实验

结 论

致谢

参考文献