電路分析實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)十非正弦周期電流電路的仿真

1、實(shí)驗(yàn)10 非正弦周期電流電路的仿真研究 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）利用仿真軟件分析非正弦交流電路。（2）用示波器觀察非正弦電路中電感及電容對(duì)電流波形的影響。（3）加深對(duì)非正弦有效值關(guān)系式及功率公式的理解。（4）加深理解諧振的概念，學(xué)習(xí)通過諧振的方法來達(dá)到濾波的目的。二 實(shí)驗(yàn)原理與說明 一切滿足狄里赫里條件的非正弦周期函數(shù)都可以分解成傅里葉級(jí)數(shù)。電工技術(shù)中的非正弦周期信號(hào)都滿足這個(gè)條件。一個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)在非正弦周期電源的作用下，端口電壓u(t)和電流i(t)為非正弦周期信號(hào)，可分解成下列傅里葉級(jí)數(shù)： 對(duì)于任何周期性的電壓或電流，無論是正弦的還是非正弦的，有效值是在一個(gè)周期內(nèi)的均方根值。因此，非正弦周期電壓

2、u(t)和電流i(t)的有效值分別為設(shè)u(t)和電流i(t)的參考方向關(guān)聯(lián)，則該二端網(wǎng)絡(luò)吸收的平均功率P為將式(5-10-1)和式(5-10-2)代入式(5-10-5)，再利用三角函數(shù)的正交性，可以求出平均功率為 式中，Uk、Ik分別是第k次電壓諧波和電流諧的有效值，k為第k次電壓諧波與第k次電流諧波的相位差，即：式(5-10-6)說明，非正弦周期信號(hào)的功率是直流分量的功率與各次諧波功率之和。這是電路的視在功率定義為 電路的功率因數(shù) 對(duì)于非正弦電路而言，功率因數(shù)中的已經(jīng)不是一個(gè)具體相位差了，cos是電路的總有功功率與總視在功率之比。 由于非正弦周期信號(hào)可以分解成諸次諧波之和（包括直流分量），線

3、性電路在非正弦周期信號(hào)激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)可以用疊加定理求解。首先將非正弦周期信號(hào)用傅里葉級(jí)數(shù)分解，然后求出不同頻率分量單獨(dú)作用時(shí)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，最后將各次諧波作用的結(jié)果疊加。對(duì)于每一種頻率分量單獨(dú)作用時(shí)的計(jì)算，和正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的計(jì)算方法基本相同。值得注意的是，各次諧波作用的結(jié)果最后進(jìn)行疊加時(shí)，由于頻率各不相同，所以，不能用相量相加，只能用瞬時(shí)值相加。感抗和容抗對(duì)各次諧波分量的反應(yīng)不同，感抗與信號(hào)的頻率成正比，容抗與信號(hào)頻率成反比。工程上利用電感L和電容C彼此相反而又互補(bǔ)的頻率特性。電路設(shè)計(jì)舉例已知輸入電壓，輸出R上的電壓，若要使輸出，則應(yīng)如何取值？輸出無三次諧波，可知L,C對(duì)三次諧波發(fā)生并聯(lián)諧振，即解

4、得：同時(shí)，輸出電壓為輸入電壓的一次諧波，可知L、C1、C2的串并聯(lián)電路對(duì)于一次諧波發(fā)生串聯(lián)諧振，即：三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1非正弦電路的有效值和平均功率 在Multisim8環(huán)境下創(chuàng)建如圖5-10-5所示電路，實(shí)驗(yàn)參數(shù)：R = 1k，C = 1F，正弦電壓源V1 = 110V/50Hz/0 Deg，V3 = 50V/150Hz/0 Deg，數(shù)字萬用表設(shè)為交流電壓圖5-10-5 非正弦交流電路 （1）按下“啟動(dòng)/停止”開關(guān)，啟動(dòng)仿真分析，待電路穩(wěn)定后，用電壓表和功率表分別測(cè)量電路端電壓U及功率P，數(shù)據(jù)記入表5-10-1中。用示波器觀察并記錄兩個(gè)電壓源疊加的波形和電阻R兩端的電壓波形（即電流波形）。

5、（2）把基波電壓源V1的電壓設(shè)為0，即三次諧波電壓V3單獨(dú)作用，用電壓表和功率表分別測(cè)量電壓功率的三次諧波分量U3和P3，記入表5-10-1中。（3）三次諧波電壓源V3設(shè)為0V，即基波V1單獨(dú)作用。用電壓表和功率表分別測(cè)量電壓和功率的基波分量U1和P1，記入表5-10-1中。表5-10-1 非正弦電路參數(shù)的測(cè)量表5-10-1 非正弦電路參數(shù)的測(cè)量電壓源 功率 (W) 電壓(V) 基波V1和三次諧波V3 P = U = 基波V1 P1 = U1 = 三次諧波V3 P3 = U3 = （4）驗(yàn)證U2 = U12+ U322濾波器的仿真分析與設(shè)計(jì)（1）濾波電路的分析。圖5-10-6所示為一濾波電路，

6、交流電壓源V1 = 110V/50Hz/0 Deg，V2 = 30V/150Hz/0 Deg，L1 = 101.3mH，L2 = 101.3mH，C = 100F，R = 1k。V1和V3構(gòu)成非正弦交流電源。圖5-10-6 濾波電路圖5-10-7 示波器顯示的濾波電路輸入和輸出波形啟動(dòng)電路，用示波器觀察非正弦電源和電阻電壓波形，如圖5-10-7為示波器顯示的電路響應(yīng)穩(wěn)定后的電源電壓和負(fù)載電壓波形。觀察并記錄示波器所顯示的波形，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，說明該濾波電路的作用。（2）圖5-10-8所示濾波電路，電源含有基波和4次諧波電壓分量，分別為V1 = 110V/160Hz，V2 = 30V/640Hz。C = 10F。要求濾波電路將基波分量阻隔而4次諧波分量能全部到達(dá)負(fù)載，合理設(shè)計(jì)電感L1和L2的參數(shù)，繪出濾波電路電源電壓和電阻電壓的波形。 圖5-10-8 濾波電路參數(shù)設(shè)計(jì)四 報(bào)告要求 （1）完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1的電壓波形繪制及驗(yàn)證任務(wù)。（