实验报告六 非正弦周期电流电路辅助分析

实验报告六 非正弦周期电流电路辅助分析

1.电路课程设计目的

熟悉掌握谐波分析法，并对给定给正弦周期电流电路进行定量分析。

2.设计电路原理与说明

谐波分析法用于分析计算非正弦周期激励下的线性电路的相应。其步骤为：

（1）将给定的周期性激励分解为恒定分量和各次谐波分量之和，一般以分解好的形式给出。

（2）分别计算电路在恒定分量及各次谐波分量单独作用下的响应。恒定分量作用下的响应，求解方法同直流电路；各次谐波分量作用下的响应可用向量法求解，应注意L,C 对不同谐波的阻抗随频率变化。

（3）根据叠加定理，将非正弦电源的各次谐波分量单独作用时的响应的瞬时值相加起来，其结果就是电路在非正弦电源激励下的稳态响应。

电路图如下

图一

已知：V t t U s )902sin(100sin 150100︒-++=ωω，Ω=10R ，Ω==901C

X c ω， Ω==10L X L ω

求各电表示数。

（1）直流分量作用于电路时，电感相当于短路，电容相当于开路。

0,0,0000===P U I

（2）一次谐波作用于电路时

V U s ︒∠=02150

1

A j X X j R U I C L s ︒∠=-+︒∠=-+=9.8232.1)

9010(1002150)(1111

u s

V j U ︒∠=+︒∠=9.1275.18)1010(9.8231.11

（3）二次谐波作用于电路时

A j X X j R U I C L s ︒-∠=-+︒-∠=-+=8.2163.2)4520(10902100

)(2222 V j U ︒∠=+︒-∠=6.418.58)2010(8.2163.22

电流表和电压表测的分别是电流、电压的有效值，功率表测量的是电路的有功功率。 W

P V U A

I 6.861063.21032.17.618.585.18094.263.232.1022222222=⨯+⨯==++===++=

3.电路课程设计仿真内容与步骤及结果

（1）按照电路图在Multisim 中接好电路，取ω=10，则L=1H ，C=0.00111F 。观察各表读数，是否与计算值相符。

（2）接入示波器，观察非正弦周期电流电路的电压波形及电流波形。

图二

图三

电压表U2读数为64.294V，电流表U1读数为2.926A，功率表读数为69.523W。改接为示波器后如图

图四

示波器显示波形如下

图五

4.仿真结果与理论分析对比及仿真中的注意事项

仿真结果与理论分析的计算值可以说还是存在一些差距的。实际仿真中发现电压表及电流表的示数并不是稳定的，而是在理论分析值2.94A，61.7V和86.6W上下波动。由此可以分析，理论值可以当作平均值来看待。谐波分析法是解决非正弦周期电流电路的有效方法。根据示波器的电压、电流波形亦可得出结论。

5.电路课程设计总结

仿真参数部分来自于参考书的例题中，以便有所参考，以免出现不符实际的仿真情况。另外设计频率为50赫兹和100赫兹也是从理论联系实际出发的，毕竟我国交流电源频率都是50赫兹。而选择3次谐波合成便是从理论出发，理论上讲5次以后的作用效果可忽略不计，故3次谐波已满足仿真要求。

这次仿真中用到了示波器、功率表等重要器件。这些器件端口多，接线容易搞错，应该引起高度重视。功率表一定要分清电流的两个端子和电压的两个端子，电流端串连，电压端并联。而示波器则可以通过更改线条颜色的方法来帮助自己分清电压波形和电流波形。不过在测电流波形时用到了电流控制电压源来讲电流信号转换成电压信号以便测量，接线时也该一起注意。