武汉理工大学《电路CAA》课程设计说明书
1 Pspice的简介
1.1 PSPICE的起源与发展
用于模拟电路仿真的SPICE软件于1972年由美国加州大学伯克利分校的计算机辅助设计小组利用FORTR AN语言开发而成，主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。SPICE 的正式版SPICE 2G在1975年正式推出，但是该程序的运行环境至少为小型机。1985年，加州大学伯克利分校用C语言对SPICE软件进行了改写，并由MICROSIM公司推出。1988年SPICE被定为美国国家工业标准。与此同时，各种以SPICE为核心的商用模拟电路仿真软件，在SPICE的基础上做了大量实用化工作，从而使SPICE成为最为流行的电子电路仿真软件。PSPICE是较早出现的EDA软件之一，在电路仿真方它的功能可以说是最为强大，在国内被普遍使用。
1.2 PSPICE的组成
1.2.1 电路原理图编辑程序Schematics
PSPICE的输入有两种形式，一种是网单文件形式，一种是电路原理图形式，相对而言后者比前者较简单直观，它既可以生成新的电路原理图文件，又可以打开已有的原理图文件。电路元器件符号库中备有各种原器件符号，除了电阻，电容，电感，晶体管，电源等基本器件及符号外，还有运算放大器，比较器等宏观模型级符号，组成电路图，原理图文件后缀为.sch。图形文字编辑器自动将原理图转化为电路网单文件以提供给模拟计算程序运行仿真。
1.2.2 激励源编辑程序 Stimulus Editor
PSPICE中有很丰富的信号源，如正弦源，脉冲源，指数源，分段线性源，单频调频源等等。该程序可用来快速完成各种模拟信号和数字信号的建立与修改，并且可以直观而方便的显示这些信号源的波形。
1.2.3 电路仿真程序 PSPICE A/D
模拟计算程序是PSPICE A/D也叫做电路仿真程序，它是软件核心部分。在PSPICE 4.1版本以上，该仿真程序具有数字电路和模拟电路的混合仿真能力。它接收电路输入程序确定的电路拓扑结构和原器件参数信息，经过原器件模型处理形成电路方程，然后求解电路方程的数值解并给出计算结果，最后产生扩展名为.dat的数据文件和扩展名为.out的
1
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电路输出文本文件。模拟计算程序只能打开扩展名为.cir的电路输入文件，而不能打开扩展名为.sch的电路输入文件。因此在Schemayics环境下，运行模拟计算程序时，系统首先将原理图.sch文件转换为.cir文件，而后再启动PSPICE A/D进行模拟分析。
1.2.4 输出结果绘图程序 Probe
Probe程序是PSPICE的输出图形后处理软件包。该程序的输入文件为用户作业文本文件或图形文件仿真运行后形成的后缀为.dat的数据文件。它可以起到万用表，示波器和扫描仪的作用，在屏幕上绘出仿真结果的波形和曲线。随着计算机图形功能的不断增强，PC机上windows95,98,2000/XP的出现，Probe的绘图能力也越来越强。
1.2.5模型参数提取程序 Model Editor
电路仿真分析的精度和可靠性主要取决于元器件模型参数的精度。尽管PSPICE的模型参数库中包含了上万种元器件模型，但有时用户还是根据自己的需要而采用自己确定的元器件的模型及参数。这时可以调用模型参数提取程序Model ED从器件特性中提取该器件的模型参数。3.6 元件模型参数库 LIB
1.3 PSPICE的模拟功能
1.3.1直流分析
直流工作点是电路正常工作的基础。通过对电路进行直流工作点的分析，可以知道电路中各元件的电压和电流，从而知道电路是否正常工作以及工作的状态。一般在对电路进行仿真的过程中，首先要对电路的静态工作点进行分析和计算。直流扫描分析主要是将电路中的直流电源、工作温度、元件参数作为扫描变量，让这些参量以特定的规律进行扫描，从而获取这些参量变化对电路各种性能参数的影响。直流扫描分析主要是为了获得直流大信号暂态特性。
1.3.2暂态分析
非线性暂态分析简称为暂态分析。暂态分析计。算电路中电压和电流随时间的变化，即电路的时域分析。这种分析在输入信号为时变信号时显得尤为重要。时域分析是指在某一函数激励下电路的时域响应特性。通过时域分析，设计者可以清楚地了解到电路中各点的电压和电流波形以及它们的相位关系，从而知道电路在交流信号作用下的工作状况，检查它们是否满足电路设计的要求。
2
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1.3.3 交流分析
线性小信号交流分析简称为交流分析。它是SPICE程序的主要分析功能。它是在交流小信号的条件下，对电路的非线性元件选择合适的线性模型将电路在直流工作点附近线性化，然后在用户指定的范围内对电路输入一个扫频信号，从而计算出电路的幅频特性、相频特性、输入电阻、输出电阻等。这种分析等效于电路的正弦稳态分析即频域分析。频域分析用于分析电路的频域响应即频率响应特性。这种分析主要用于分析电路的幅频特性和相频特性。
1.3.4 灵敏度分析
灵敏度分析包括直流灵敏度分析和蒙特卡罗分析两种。
直流灵敏度分析业称为灵敏度分析。它是在工作点附近将所有的元件线性化后，
计算各元器件参数值变化时对电路性能影响的敏感程度。通过对电路进行灵敏度分析，可以预先知道电路中的各个元件对电路的性能影响的重要程度。对于那些对电路性能有重要影响的元件，要在电路的生产或元件的选择时给予特别的关注。
1.3.5统计分析
统计分析主要包括蒙特卡罗分析和最坏情况分析。蒙特卡罗分析是在考虑到器件参数存在容差的情况下，分析电路在直流分析、交流分析或暂态分析时电路特性随器件容差变化的情况。另一种统计分析是最坏情况分析，它不仅对各器件参数的变化逐一进行分析，得到单一器件对电路性能的灵敏度分析，同时分析各器件容差对电路性能的最大影响量(最坏情况分析)，从而达到优化电路的目的。
3
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4
2. 基于PSpice 节点、支路分析分析
2.1节点、支路分析电路原理
在电路中任意选择某一节点为参考节点，其他节点为独立节点，这些节点与参考节点之间的电压成为节点电压，节点电压的参考极性是以参考节点为负，其余独立节点为正。由于任一支路都连接在两个节点上，根据KVL ，不难断定支路电压就是两个节点电压之差。如果每一个支路电流都可由支路电压来表示，那么它也一定也可以用节点电压来表示。在具有n 个节点的电路中写出其中（n-1）个独立节点的KCL 方程，就得到变量为（n-1）个节点电压的共（n-1）个独立方程，称为节点电压方程，最后由这些方程解出节点电压，从而求出所需的电压、电流。这就是节点电压法。
对一个具有b 条支路和n 个节点的电路，当以支路电压和支路电流为电路变量列方程时，总共有2b 个未知量。为了减少求解的方程数，可以利用元件的VCR 将各之路电压以支路电流表示，然后代入KVL 方程，就得到以b 个支路电流为未知量的b 个KVL 和KCL 方程。这种方法称为支路电流法。
2.2 节点、支路分析电路图
2.2.1设计原理图
运行Orcad Family Release 9.2 Lite Edition 中的Capture CIS Lite Edition ，新建空白项目Project ，命名为jiedianzhilufenxi 文件，如果找不到相应的原件通过add library 键来添加元件库。本次课程设计中要用到的是SOURCE 及ANALOG_P 元件库。然后按表2-1选择相应的元器件，放到合适的位置，连线，然后修改各个元件的参数，绘制原理图结束。
图2-1 节点、支路分析电路图
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此电路为简单的串并联电路，其中1V 为直流电压源，输出20V 的电压，
4
R 与5R 并联
后在串联2R 所得到的等效电阻再与3R 相并联后，再与1R 串联接在直流稳压源的两端。图中还插入了三个节点分别是0N ,1N ,2N 。其中0N 为参考地点，1N 为其中一个节点，此处电压设为1N U ，2N 为另一个节点，此处电压设为2N U 。
如表2—1为节点、支路分析电路所用到的器件
2.2.2节点、支路分析电路仿真过程说明
画好原理图后，设置仿真参数。点击
仿真按钮中最左边的一个来仿真，首
先命名，然后设置相应的参数Analysis Type 设为DC Sweep ；Options 选Primary Sweep ；Sweep variable 选Voltage source ，其name 中写V1；Sweep 中选Linear ，其三个参量设置为0V 、20V 、1V 。
设置好后，执行
中的最右边的三角形按钮，出现Probe 窗口。执行Trace 下Add Trace
命令，选择要显示的内容，如（21,R R I I 等）即可查看相应的图表。
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2.2.3 对节点、支路分析电路图的理论分析
方法一：利用支路电流法解题的步骤：
（1）任意标定各支路电流的参考方向和网孔绕行方向。
（2）用基尔霍夫电流定律列出节点电流方程。有n 个节点，就可以列出
n-1个独立电流方程。
（3）用基尔霍夫电压定律列出L=b-（n-1）个网孔方程。 说明：L 指的是网孔数，b 指是支路数，n 指的是节点数。 （4）代入已知数据求解方程组，确定各支路电流及方向。
利用以上步骤，设电压源V1的电压为U1。可通过支路电流法列写的全部方程为: 节点N1 ： 0321=++-R R R I I I
节点N2 ： 0
542=++-R R R I I I 回路1 ： 1
331*1*U R I R I R R =+
回路2 ：
0***442233=++-R I R I R I R R R
回路3 ： 0**4455=+-R I R I R R
分别算得 流过1R 的电流为1
)////(35421
1
R R R R R U I R ++=
流过2R 的电流5
4323
1
35421
2
//*
//)//(R R R R R R R R R R U I R ++++=
，
流过3R 的电流为5
4325
421
35421
3
////*
//)//(R R R R R R R R R R R R U I R +++++=
流过的4R 电流为5
455
4325421
35421
4
*
////*//)//(R R R R R R R R R R R R R R R U I R ++++++=
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7
流过的5R 电流为5
445
4325421
35421
5
*
////*
//)//(R R R R R R R R R R R R R R R U I R ++++++=
同样可以推得各个节点电压的大小：其中选取N0的电压为参考地点，其电压值始终为
0，从而可
以推
得节点N1的电压值为
35
4325421
35421
331
*////*
//)//(*R R R R R R R R R R R R R U R I U
R N +++++=
=,节点N2的电压值为
45
455
4325421
35421
442
**
////*
//)//(*R R R R R R R R R R R R R R R R U R I U
R N ++++++=
=
电阻1R 两端的电压值 1
11N R U
U U -=
电阻2R 两端的电压值 2
1
2N N R U
U U -=
电阻3R 两端的电压值 1
3N R U
U = 电阻4R 两端的电压值 2
4N R U U = 电阻5R 两端的电压值 2
5
N R U
U =
方法二： 利用节点电压法解题步骤： （1） 选择参考节点，设定参考方向 （2） 求节点电压U （3） 求支路电流
通过此方法同样可以列写的全部节点电压方程为:
节点N1 1
12
21
321*1*)111(
R U U
R U
R R R N N =
-
+
+
节点N2 0*1*)111(
1
2
2
5
4
2
=-++N N U
R U
R R R
分别算得： N1的电压值35
4325421
35421
331
*////*
//)//(*R R R R R R R R R R R R R U R I U R N +++++=
=,
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N2的电压值45
455
4325421
35421
442**
////*
//)//(*R R R R R R R R R R R R R R R R U R I U R N ++++++=
=
同样可以通过节点N1和N2的电压值计算出： 流过1R 的电流为1
35421
1
)////(R R R R R U I R ++=
流过2R 的电流5
4323
1
35421
2
//*
//)//(R R R R R R R R R R U I R ++++=
流过3R 的电流为5
4325
421
35421
3
////*
//)//(R R R R R R R R R R R R U I R +++++=
流过的4R 电流为5
455
4325421
35421
4
*
////*//)//(R R R R R R R R R R R R R R R U I R ++++++=
流过的5R 电流为5
445
4325421
35421
5
*////*//)//(R R R R R R R R R R R R R R R U I R ++++++=
电阻1R 两端的电压值 1
11N R U
U U -=
电阻2R 两端的电压值 2
1
2N N R U
U U -=
电阻3R 两端的电压值 1
3N R U
U = 电阻4R 两端的电压值 2
4N R U U = 电阻5R 两端的电压值 2
5
N R U
U =
由这些电流电压的表达式可以看出，各电压电流随U1的变化都是直线变化的，所以可以推测仿真出来的图像是线性的关系。
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2.3. 节点、支路分析仿真曲线
2.3.1支路电流仿真曲线
如图2—2中从上到下依次是321,,R R R 的电流随电压源1V 的变化曲线
V_V1
0V 2V 4V
6V
8V
10V 12V
14V
16V
18V
20V
I(R1)
I(R2)
I(R3)
0A 0.4A
0.8A
1.2A
图2—2 321,,R R R 的电流随电压源1V 的变化曲线
如图2—3从上到下依次是542,,R R R 的电流随电压源1V 的变化曲线
V_V1
0V 2V
4V
6V
8V
10V 12V
14V
16V
18V
20V
I(R2)
I(R4)
I(R5)
0A 200mA
400mA
600mA
图2—3 542,,R R R 的电流随电压源1V 的变化曲线
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2.3.2 节点电压仿真曲线
如图2—4中从上到下依次是N2,N1,N0节点电压随1U 的变化而变化的曲线
V_V1
0V 2V 4V
6V
8V
10V 12V
14V
16V
18V
20V
V(N2)
V(N1)
V(N0)
0V 5V
10V
图2—4 N2,N1,N0节点电压随1U 的变化而变化的曲线
如图2—5中从上到下依次是21,R R 两端的电压随1U 的变化而变化的曲线
V_V1
0V
2V
4V
6V
8V
10V 12V
14V
16V
18V
20V
V1(R1) - V2(R1)
V1(R2) - V2(R2)
0V 4V
8V
12V
图2—5
21,R R 两端的电压随1U 的变化而变化的曲线
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如图2—6中是3R 两端的电压和1N U 随1U 的变化而变化的曲线(两曲线重合)
V_V1
0V 2V
4V
6V
8V
10V
12V
14V
16V
18V
20V
V(N1)
V2(R3)
0V 5V
10V
图2—6 3R 两端的电压和1N U 随1U 的变化而变化的曲线
如图2—7中是54,R R 两端的电压和2N U 随1U 的变化而变化的曲线(三曲线重合)
V_V1
0V 2V
4V
6V
8V
10V 12V
14V
16V
18V
20V
V2(R4)
V2(R5)V(N2)
0V 1.0V
2.0V
3.0V
4.0V
图2—7 54,R R 两端的电压和2N U 随1U 的变化而变化的曲线
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2.4. 节点、支路分析仿真结果分析和结论
2.4.1支路电流仿真曲线分析
如图2—2中从上到下依次是321,,R R R 的电流随电压源1U 的变化曲线，如图2—3从上到下依次是542,,R R R 的电流随电压源1U 的变化曲线,从图中可以看出，1R ，2R 的电流都是随1U 的增加而增加，并且
1
R 的电流变化速度更加快。这与理论分析中
1
35421
1)////(R R R R R U I R ++=
，5
4323
1
35421
2//*
//)//(R R R R R R R R R R U I R ++++=
是现符合
的，显然有2
1
R R I I >然而543,,R R R 的电流值却是随1U 的增加而正向增大，这是因为实验
中所用的原理图（图2-1）中的543,,R R R 的管脚（pspice 中默认是从1流向2）与实际电流的流向是相同的，所以仿真出来的结果是个正值。不难发现其斜率的大小的绝对值也是与
理
论
分
析
中
5
432542135421
3////*
//)//(R R R R R R R R R R R R U I R +++++=
5
455
4325421
35421
4*////*
//)//(R R R R R R R R R R R R R R R U I R ++++++=
，
5
445
4325421
35421
5*
////*//)//(R R R R R R R R R R R R R R R U I R ++++++=
的斜率大小是相同的。
同时在图2—2当横坐标1U 值相同时，2R I 的绝对值和3R I 绝对值的和是等于1R I 的绝对值的，在图2—3当横坐标1U 值相同时，4R I 的绝对值和5R I 绝对值的和是等于2R I 的绝对值的。这与电路理论中的“对于集中参数电路中的任何一个节点，在任一时刻，流出此节点的电流之和等于流入此节点的电流之和”是相符合的。
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2.4.2节点电压仿真曲线分析
如图2—4中从上到下依次是N2,N1,N0节点电压随1U 的变化而变化，其中0N U 是一条恒为0的直线，因为N0节点地的电压为接地点电压，节点N1就是3R 两端的电压
3
5
4325421
35421
1
*////*
//)//(R R R R R R R R R R R R R U U
N +++++=
，节点N2的电压就是
45
455
4325421
35421
2
**
////*//)//(R R R R R R R R R R R R R R R R U U
N ++++++=，这些都是与理论分析完全相
符合。
如图2—5中从上到下一次是21,R R 两端的电压随1U 的变化而变化，由理论值：电阻
1R 两端的电压值 1
11
N R U
U U
-=，电阻2R 两端的电压值 212N N R U U U -=，可以得到电阻1
R 两端的电压值 1R U 是大于电阻2R 两端的电压值 2R U ，因此1R U 的曲线斜率是大于2R U 曲线斜
率的，这是与理论分析完全相符合。
如图2—6中是3R 两端的电压和1N U 随1U 的变化而变化的曲线，两曲线重合，因为理论上3R 两端的电压和1N U 是相等的，它们的曲线必然是重合的，因此图2—6中的曲线与理论分析完全相符合。
如图2—7中是54,R R 两端的电压和2N U 随1U 的变化而变化的曲线，三曲线重合，这是因为54R R 和两端的电压是相等的，并且它们的电压是和2N U 相等的，54,R R ，2N U 三者的曲线必然是重合的，因此图2—7中的曲线与理论分析完全相符合。
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3.RLC 串联谐振分析
3.1 RLC 谐振电路理论分析
如图3-1所示为RLC 串联电路，在可变频的正弦电压源Us 激励下，由于感抗、容抗随频率变动，所以电路中的电压、电流响应亦随频率变动。
图3-1 RLC 串联谐振图
在RLC 串联电路中，引入复述来解决电路中的问题，方法比较清楚明了。设电路中的频率为f,则w =2兀f ，用jw 表示电路中的变量，则
电路的输入阻抗Z （jw ）可表示为：
?
?? ?
?
-+=wC wL j R jw Z 1)(
频率特性表示为：
????
?
?
?
?
-
=R wC
wL jw 1arctan )(? ， 在输入电压Ui 为定值时，电路中的电流的表达式为：
?
?? ?
?
-+=
wC wL j R jw U jw I 1)
()(
2
2
1|)(|?
?
? ??
-+=wC wL R
jw Z
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电路中的电感的电压的表达式为：?
?
? ??
-+==wC wL j R jw U jwL
jw jwLI U L
1)()(
电路中的电容的电压的表达式为：?
?
? ??
-+=
=
wC wL j R jw U jwC
jw I jwC
U C 1)(1)(1
可以看出，由于串联电路中同时存在着电感L 和电容C ，两者的频率特性不仅相反，
（感抗与w 成正比，而容抗与w 成反比），而且直接相减（电抗角差180°）。由此可知 存在一个角频率w0，是感抗和容抗相互完全抵消，即X （jw0）=0。
当w=w0时，X （jw0）=0,电路的工作状况将出现一些重要的特征，现分述如下： 当0
)
(0=jw ?，就是I （jw0）与Us(jw0)同相，将电路的这一特殊状态定义为谐振，
由于是在RLC 串联电路中发生的谐振，又常称为串联谐振。
有上述分析可知，谐振发生的条件为：
1)(000=-
=C
w L w jw X
由上式可知电路发生谐振的角频率w0和频率f0为： LC
w 10
=
LC
f π
210=
RLC 串联电路的谐振频率只有一个，而且仅与电路中的L 、C 有关，与电阻R 无关。W0（或f0）称为电路的固有频率。因此只有当输入信号Us 的频率与电路的固有频率f0相同时，才能在电路中产生谐振。
取电阻R 上的电压U0作为响应，当输入电压Ui 的幅值维持不变时，在不同频率的信号激励下，测出U0之值，然后以f 为横坐标，以U0/Ui 为纵坐标，绘制出光滑的曲线，此即为幅频特性曲线
在
LC
f f π
210=
=处，即幅频特性曲线尖峰所在的频率点产生谐振，此时，X L =Xc,
电路呈纯阻性，电路阻抗的的模为最小。在输入电压Ui 为定值时，电路中的电流达到最大值，且与输入电压Ui 同相位。从理论上讲，此时Ui=U R =U0,U L =U C =QUi,式中的Q 称为电路得品质因数。
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在这三种情况中，谐振频率一直没变，因为由公式：
LC
f f π
210=
=
可以看出，谐振频率只取决于电感和电容的大小，与电阻的大小无关。因此只要电感和电容没变，谐振频率就不会变。
对于Q 值，由公式 Q=wL/R 可以得出，Q 随电阻增大而减小。 我们可计算出，
KHz
Hz LC
f 254.111001.0102014.321216
3
0=????
?=
=
--π
R=150Ω时， 216
.41005.010
201501
16
3=??=
==--C L R R wL Q
R=500Ω时， 265
.11005.010
20500116
3=??=
==--C L R R wL Q
R=1000Ω时，632
.010
05.010
201000
116
3=??=
==--C
L R
R
wL Q
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3.2.RLC 串联电路图设计和仿真说明
3.2.1设计原理图
如图3-2 为RLC 串联谐振电路原理图,电源选择交流电源VAC/Source ,电容 选择c /Analog_p, 大小 0.05uH ，电感选择L /Analog, 大小20mF,电阻选择r /Analog_p ，大小选择150欧姆，500欧姆，1000欧姆
图3-2 RLC 串联谐振电路图
3.2.2仿真过程说明
在PSpice 的Schematics 程序中画好电路图后，按照如图3-2设置好参数，分别将电阻的阻值设置为150欧姆、500欧姆、1000欧姆，分别进行仿真，观察模拟结果波形。设置好参数后，单击Analysis 中的Setup 进行仿真设置。对此电路图，我们需要分析的是频率响应，因此选择交流分析（AC Sweep ），在弹出的对话框的AC Sweep type 中选择Linear,意思是以线性方式扫描。在Sweep Parameters 栏中的Start Freq 中填100，End Freq 中填100k ，在Total 中填入1000，此项可以改善波形，单击OK 即可。再单击PSpice 中的Run
或者单击
中最右边的符号即可进行仿真。在弹出的Probe 窗口中，可
执行Trace/Add Trace 命令，在Trace Expression 文本框中输入自己需要观察的变量即可看到相应的波形。观察波形时为使波形较为美观，采用下面的方法设置：波形出来后，右击，出现如图界
面
，选择Settings 后出现右侧界
面
，选择最左边的X Axis 后，出现
后单击此项。
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3.3. RLC串联谐振电路仿真曲线
3.3.1电阻上电压的幅频曲线
如图3-3到图3-5为三种不同电阻时电阻上电压的幅频曲线
15mA
10mA
5mA
0A
100Hz300Hz 1.0KHz 3.0KHz10KHz30KHz100KHz I(R)
Frequency
图3-3电阻为150欧姆
4.0mA
3.0mA
2.0mA
1.0mA
0A
100Hz300Hz 1.0KHz 3.0KHz10KHz30KHz100KHz I(R)
Frequency
图3-4电阻为500欧姆
2.0mA
1.5mA
1.0mA
0.5mA
0A
100Hz300Hz 1.0KHz 3.0KHz10KHz30KHz100KHz I(R)
Frequency
图3-5 电阻为1000欧姆
18
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3.3.2电路中电流的幅频曲线
如图3-6到图3-8为三种不同电阻时电路中电流的幅频曲线
2.0V
1.5V
1.0V
0.5V
0V
100Hz300Hz 1.0KHz 3.0KHz10KHz30KHz100KHz V1(R) - V2(R)
Frequency
图3-6电阻为150欧姆
2.0V
1.5V
1.0V
0.5V
0V
100Hz300Hz 1.0KHz 3.0KHz10KHz30KHz100KHz V1(R) - V2(R)
Frequency
图3-7电阻为500欧姆
2.0V
1.5V
1.0V
0.5V
0V
100Hz300Hz 1.0KHz 3.0KHz10KHz30KHz100KHz V1(R) - V2(R)
Frequency
图3-8电阻为1000欧姆
19
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3.3.3电感上电压和电容上电压的幅频曲线
如图3-9到图3-11为三种不同电阻时电感上电压和电容上电压的幅频曲线
10V
5V
0V
100Hz300Hz 1.0KHz 3.0KHz10KHz30KHz100KHz V1(L) - V2(L)V1(C) - V2(C)
Frequency
图3-9电阻为150欧姆
3.0V
2.0V
1.0V
0V
100Hz300Hz 1.0KHz 3.0KHz10KHz30KHz100KHz V1(L) - V2(L)V1(C) - V2(C)
Frequency
图3-10电阻为500欧姆
2.0V
1.5V
1.0V
0.5V
0V
100Hz300Hz 1.0KHz 3.0KHz10KHz30KHz100KHz V1(L) - V2(L)V1(C) - V2(C)
Frequency
图3-11电阻为1000欧姆
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谐波谐振产生的原因及危害分析 摘要：在电网运行中，不可避免地会产生谐波和谐振。当谐波谐振发生时，其电压幅值高、变化速度快、持续时间长，轻则影响设备的安全稳定 运行，重则可使开关柜爆炸、毁坏设备，甚至造成大面积停电等严重 事故。本文就其定义、产生原因、危害及预防措施作以介绍，供参考。 1.定义 谐波是一个周期的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，又称高次谐波。通俗地说，基波频率是50HZ，那么谐波就是频率为100HZ、150HZ、200HZ...N*50HZ的正弦波。 谐振是交流电路的一种特定工作状况，是指在含有电阻、电感、电容的交流电路中，电路两端电压与其电流一般是不同相位的，当电路中的负载或电源频率发生变化，使电压相量与电流相量同相时，称这时的电路工作状态为谐振。谐波在电网中长期存在，而谐振仅是电网某一范围内的一种异常状态。 2.产生的原因 谐波的产生是由于电网中存在着非线性负荷（谐波源），如电力变压器和电抗器、可控硅整流设备、电弧炉、旋转电机、家用电器等，另外，当系统中发生谐振时，也要产生谐波。 谐振的发生是由于电力系统中存在电感和电容等储能元件，在某些情况下，如电压互感器铁磁饱和、非全相拉合闸、输电线路一相断线并一端接地等，在部分电路中形成谐振。谐波也可产生谐振，由谐波源和系统中
的某一设备或某几台设备可能构成某次谐波的谐振电路。 3.造成的危害 3.1谐波的危害 谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的通信系统产生干扰。电力电子设备广泛应用以前，人们对谐振及其危害就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染没有引起足够的重视。近三四十年来，各种电力、电子装置的迅速使用，使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面。 （1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热 甚至发生火灾。 （2）谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重 过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以 至损坏。 （3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。 （4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。 （5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；
目录 第一章pspice简介 (4) 1.1 PSPICE的起源与发展 (4) 1.2 PSPICE仿真软件的优越性 (6) 1.3 PSPICE的组成 (7) 第二章pspice中的电路元器件介绍 (9) 2.1. 电阻、电容和电感 (11) 2.2 有源器件 (11) 2.3 信号源及电源 (11) 第三章pspice的仿真 (12) 3.1 pspice的仿真功能 (12) 3.2 pspice软件的仿真步骤 (15) 3.3 pspice仿真使用中应主义的问题 (15) 第四章实验设计 (16) 4.1 实验一：二极管整流电路仿真 (16) 4.2 实验二：555定时器组成的单稳态触发器 (18) 第五章结束语及感想 (21) 参考文献 (22)
摘要： 在众多的仿真软件中，PSpice软件以其强大的仿真设计应用功能，在电子电路的仿真和设计中得到了较广泛的使用。PSpice及其相关库包的应用对提高学生的仿真设计能力，更新设计理念有较大的好处。本论文首先简要介绍了PSpice软件的基本功能和特点以及软件的基本操作方法，然后从电路分析的具体实验给出了的PSpice具体操作步骤，接着进行了电子电路应用系统的设计与仿真，并通过精确的仿真结果进一步体现了仿真PSpice软件的优越性，同时也反映了仿真实验在当今电路设计中的重要意义。 第一章 Pspice简介 1.1 Pspice简介 Pspice是由Spice发展而来的用于微机系列的通用电路分析软件。 Spice(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是由美国加州大学伯克利分校开发的电路仿真程序。随后，版本不断更新，功能不断完善。目前广泛使用的Pspice(P：Popular)软件是美国Microsim公司于1996年开发的基于Windows环境的仿真程序。它主要用于电子电路的仿真，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成网表，模拟和计算电路的功能，不仅可以对模拟电子线路进行不同输入状态的时间响应、频率响应、噪声和其他性能的分析优化，以使设计电路达到最优的性能指标，还可以分析数字电子线路和模数混合电路，被公认是通用电路模拟程序中最优秀的软件，具有广阔的应用前景。 1.2 PSPICE的起源与发展 用于模拟电路仿真的SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）软件于1972年由美国加州大学伯克利分校的计算机辅助设计小组利用FORTR AN语言开发而成，主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。SPICE的正式版SPICE 2G在1975年正式推出，但是该程序的运行环境至少为小型机。1985年，加州大学伯克利分校用C语言对SPICE 软件进行了改写，并由MICROSIM公司推出。1988年SPICE被定为美国国家工业标准。与此同时，各种以SPICE为核心的商用模拟电路仿真软件，在SPICE的基础上做了大量实用化工作，从而使SPICE成为最为流行的电子电路仿真软件。
10 kV电力系统谐振过电压的原因及抑制措施 孟繁宏，李学山，张占胜 摘 要：通过对10 kV中性点不接地运行方式下谐振过电压的分析，说明产生谐振过电压的条件、种类及特点，并提出以下抑制谐振过电压的措施：采用自动调谐接地补偿装置或可控硅多功能消谐装置，在电压互感器的中性点接消弧线圈，或接消谐器等。 关键词：铁路；电力；过电压；抑制措施 Abstract:By analyzing the resonant over-voltage in 10 kV power supply system with its neutral point being unearthed, illustrates the conditions causing the resonance over-voltage and their types and characteristics, and puts forward the following measures to suppressing resonant over-voltage: by adopting automatic tuned earthing compensation device or silicon-controlled resonance suppressor, connecting the arc-extinguishing coil with neutral point of the voltage transformer or connecting the resonance suppressor. Key words: Railway; power supply system; over-voltage; suppression measure 中图分类号：U223.6文献标识码：B文章编号：1007-936X(2005)03-0022-04 0 概述 在10 kV配电所的每段母线上都接有1台电压互感器，其一次线圈中性点直接接地。由于电网对地电容与电压互感器的线圈电感构成谐振条件，在运行中容易产生铁磁谐振，引起内部过电压，这种过电压持续时间长，是导致电压互感器高压熔丝熔断和电压互感器烧损、避雷器爆炸的主要原因，也是诱发某些重大事故的原因之一。近5年以来，在大同西供电段管内共发生谐振过电压烧坏电压互感器高压保险12次，烧毁10 kV电压互感器1台，烧断电压互感器瓷瓶内部引出线1次。 1 谐振过电压产生的条件 1.1 内部条件 铁路10 kV电力系统是中性点不接地系统，为了监视系统的三相对地电压，该配电所每段母线上均接有1台三相五柱电磁式电压互感器，其电气接线原理图略。 母线电压互感器的高压侧在接成Y型时其中性点是接地的，由于铁路10 kV电力系统中电缆较多，各相对地电容较高，电网对地电容与电压互感 作者简介：孟繁宏.朔黄铁路发展有限公司原平分公司，工程师，山西原平037005，电话：029-93638（路电）； 李学山，张占胜.大秦铁路股份有限公司大同西供电段。器的电感相匹配构成谐振条件。当发生谐振时，电压互感器感抗显著下降，励磁电流急剧增大，可达到额定值的数十倍，造成电压互感器烧毁或保险熔断。 1.2 外界激发条件 激发产生谐振过电压的外部条件有以下几种：（1）线路发生单相接地或瞬间接地。（2）不带馈线负荷的情况下向带有三相五柱电磁式电压互感器的母线送电。（3）进行空载线路的投切操作。（4）电力线路有雷电感应。（5）电网负荷轻，电压高，发生传递过电压。 2 过电压种类及特点 2.1 过电压种类 铁路10 kV电力系统过电压主要分为谐振过电压、雷电过电压和操作过电压，其中谐振过电压在正常运行操作中出现频繁，危害性较大；一旦产生过电压，往往造成电气设备损坏和大面积停电事故。运行经验表明，铁路10 kV电力系统中过电压大多数都是由铁磁谐振引起的。在实际运行中，故障形式和操作方式多种多样，谐振性质也各不相同。因此，为了制订防振和消振的对策与措施，应该了解各种不同类型谐振的性质与特点。 2.1.1 基波谐振 通常在配电所全所停电作业完成后向带有电 22
蔡氏电路的Matlab混沌 仿真研究 班级： 姓名： 学号：
摘要 本文首先介绍非线性系统中的混沌现象，并从理论分析与仿真计算两个方面细致研究了非线性电路中典型混沌电路，即蔡氏电路反映出的非线性性质。通过改变蔡氏电路中元件的参数，进而产生多种类型混沌现象。最后利用软件对蔡氏电路的非线性微分方程组进行编程仿真，实现了双涡旋和单涡旋状态下的同步，并准确地观察到混沌吸引子的行为特征。 关键词：混沌；蔡氏电路；MATLAB仿真 Abstract This paper introduce s the chaos phenomenon in nonlinear circuits. Chua’s circuit was a typical chaos circuit, thus theoretical analysis and simulation was made to research it. Many kinds of chaos phenomenon on would generate as long as one component parameter was altered in C hua’s circuit．On the platform of Matlab, mathematical model of Chua’s circuit was programmed and simulated to acquire the synchronization of dual and single cochlear volume. Meanwhile, behavioral characteristics of chaos attractor were observed. Key words：chaos phenomenon；Chua’s circuit；Simulation
电子线路实验报告
Pspice 9.2 电子电路设计与仿真 实验报告 学号：080105011128 专业：光信 班级：081班 姓名：李萍
一、启动PSpice 9.2—Capture CLS Lite Edition 在主页下创建一个工程项目lp 二、画电路图 1.打开库浏览器选择菜单Place/Part—Add Liabray, 提取：三极管Q2N2222、电阻R、电容C、电源VDC、模拟地0/Source、信号源VSIN。 2.移动元件、器件。鼠标选中该元、器件并单击，然后压住鼠标左键拖到合适位置，放开鼠标即可。 3．翻转某一元、器件符号。 4.画电路线 选择菜单中Place/wire，此时将鼠标箭头变成一支笔。 5.为了突出输出端，需要键入标注V o字符，选择菜单Place/Net Alias—Vo OK! 6.将建立的文件（wfh.sch）存盘。 三、修改元件、器件的标号和参数
1、用鼠标箭头双击该元件符号（R或C），此时出现修改框，即可进入标号和参数的设置 2、VSIN信号电源的设置:①鼠标选中VSIN信号电源的FREQ用鼠标箭头单击（符号变为红色），然后双击，键入FREQ=1KHz、同样方法即键入VoEF=0V、VAMPL=30mv。②鼠标选中VSIN 信号电源并单击（符号变为红色）然后用鼠标箭头双击该元件符号，此时出现修改框，即可进入参数的设置，AC=30mv，鼠标选中Apply并单击，退出 3、三极管参数设置：鼠标选中三极管并单击（符号变为红色）然后，选择菜单中的Edit/Pspice Model。打开模型编辑框Edit/Pspice Model 修改Bf为50，保存，即设置Q2N2222-X的放大系数为50。 4、说明：输入信号源和输出信号源的习惯标法。 Vs、Vi、Vo（鼠标选中Place/Net Alias） 单级共射放大电路 四、设置分析功能 1、静态
电磁式电压互感器谐振分析及抑制措施研究 (江建明四川省电力工业调整试验所610072) 电力系统接地系统为直接接地系统和不接地系统。直接接地系统易发生并联谐振，不接地系统在单相接地时易发生串联谐振，有并联电容器的断路器易发生串联谐振。长期以来，电力系统谐振过电压严重威胁着电网的安全。特别是对中性点不接地系统，铁磁谐振所占的比例较大。随着电网的日益发展，中性点直接接地系统的铁磁谐振问题越来越严重，出现的概率也越来越大。近年，在四川发生过多次铁磁谐振引起过电压的案例，应引起高度重视。本文将介绍产生铁磁谐振的机理、原因、现象以及应采取的措施。 1．产生铁磁谐振的原因 铁磁谐振存在三种情况：直接接地系统对地电容引发的铁磁谐振；不接地系统的单相接地引起的铁磁谐振；断路器端口并联的电容形成的铁磁谐振。 电力系统中许多元件是属于电感性的，如电力变压器、互感器、发电机、消弧线圈为电感元件，而线路各导线对地和导线间既存在纵向电感又存在横向电容，这些元件组成复杂的LC震荡回路，在一定的能量作用下特定参数配合的回路就会出现谐振现象。由于铁芯电感的磁通和电流之间的非线性关系，电压升高导致铁芯电感饱和，极易使电压互感器发生铁磁谐振。在中性点不接地系统中，如果不考虑线路的有功损耗和相间电容，仅考虑电压互感器电感与线路的对地电容C，当C大到一定值且电压互感器不饱和时，感抗X L大于容抗X C；而
当电压互感器上电压上升到一定数值时，电压互感器的铁芯饱和，感抗X L小于容抗X C，这样就构成了谐振条件，下列几种激发条件可以造成铁磁谐振： （1）当投入电力系统的电力线路长度发生变化时，线路对地电容与线路电阻发生改变。如空载线路投切操作，对空母线充电，尤其是短母线进行倒母线时，易产生对地电容引起的并联谐振。 （2）当系统运行状态突变，在暂态激发条件下，TV铁芯饱和，其电感量L处于非线性变化。如有线路瞬间接地，雷电感应侵入电网，尤其系统出现单相接地，易产生串联谐振。 （3）直接因突然投入系统的电容变化而引起谐振。如补偿电容器的投入，断路器断口打开时的并联电容易产生并联谐振。 （4）由于线路分合或运行状态突变时，会产生多次或分次谐波，从而使ω发生变化。如拉合刀闸、跌落式熔断器动作等，可能引起并联或串联谐振。 2．产生铁磁谐振的机理 由于电压互感器的中性点位移现象，常常在中性点不接地绝缘系统中引起铁磁谐振过电压。在正常运行条件下，励磁电感三相相等，三相负荷相等，电网的中性点电位为零。当线路中出现瞬时单相故障时，其它两相电压升高，三相电压互感器两相电压升高而饱和，其励磁电感相应减小，电网中性点出现位移电压，当三相总导纳之和为零时，便会发生串联谐振，中性点电压将急剧上升。由于铁芯的磁饱和会引起电流、电压波形的畸变，即产生了谐波，使上述谐振回路还会
PSpice 电路仿真报告 ——11351003 陈纪凯 一、 实验目的 1. 学会Pspice 电路仿真软件的基本使用 2. 掌握直流电路分析、瞬态电路分析等仿真分析方法 二、 实验准备 1. 阅读PSpice 软件的使用说明 2. 掌握节点法和网孔法来分析直流电路中各元件的电流和电压 3. 掌握用函数式表示一阶、二队电路中某些元件的电流和电压 三、 实验原理 用PSpice 仿真电路中各元件属性并与计算理论值比较，得出结论。 四、 实验内容 A. P113 3.38 1. 该测试电路如图a-1所示。输入该电路图，设置好元件属性和合适的分析方法，按 Analysis/Simulate 仿真该电路。 图a -1 图a-2 2. 仿真结果如图a-2所示。 3. 比较图a-2中仿真出来的数据与理论计算出来的数据。 计算值为： 1.731i A =，153.076V V =，262.885V V = 仿真值为： 1.731i A =，153.08V V =，262.89V V = 经比较，发现计算值与仿真值只是精确度不一样，精确值相等。 B. P116 3.57 1. 该测试电路图如图b-1如示。设置好元件属性及仿真方法。
图b- 1图b- 2 2.仿真出来的电路中各支路电流值如图b-2所示。 3.比较仿真值与理论计算值。 计算值：用网孔分析法得到线性方程组如下： 用matlab解上述方程得 i=1.5835A, i=1.0938A, i=1.2426A, i=-0.8787A 即 1234 i=1.584A, i=1.094A, i=1.243A, i=-0.87872A 从图b-2可以读出仿真值： 1234把计算值当作真实值，把仿真值当作测量值，计算相对误差如下表
西安交通大学电气工程学院 非线性电路报告蔡氏电路的Matlab仿真研究 Administrator
蔡氏电路的Matlab仿真分析 摘要：对一种典型的产生混沌现象的电路——蔡氏混沌电路进行了分析研究。从理论分析和仿真两个角度分别研究蔡氏电路中的混沌现象。蔡氏电路是一个典型的混沌电路，只要改变其中一个元件的参数，就可产生多种类型混沌现象。在Matlab 的平台上编制相关系统对蔡氏电路进行了仿真研究。 关键词：蔡氏电路，非线性负电阻；混沌电路；吸引子
引言 随着计算机和计算科学的快速发展，混沌现象及其应用研究已成为自然科学技术和社会科学研究领域的一个热点。而非线性电路是混沌及混沌同步应用研究的重要途径之一，其中一个最典型的电路是三阶自治蔡氏电路。在这个电路中观察到了混沌 吸引子。蔡氏电路是能产生混沌行为最简单的自治电路，所有从三阶自治常微分方程描述的系统中得到的分岔和混沌现象都能够在蔡氏电路中通过计算机仿真和示波器观察到。经过若干年的研究及目前对它的分析，无论是在理论方面、模拟方面还是实验方面均日臻完善。在理论和实践不断取得进展时， 人们也不断开拓新的应用领域，如在通信、生理学、化学反应工程等方面不断产生新的技术构想，并有希望很快成为现实。 1混沌概念及其相关特征 1.1混沌和吸引子的定义 混沌至今没有统一的定义，但人们一致的看法是：一个确定的非线性系统，如果含有貌似噪声的有界行为，且又表现若干特性，便可称为混沌系统，此处所说的若干特性主要是如下三个方面：（1）振荡信号的功率连续分布，且可能是带状分布的，这个特征表明振荡为非周期的，也就是说明信号貌似噪声的原因。（2）在相空间，该系统的相邻近的轨道线彼此以指数规律迅速分离，从而导致对初始值得极端敏感性，这使得系统的行为长期不可预测。（3）在轨道线存在的相空间的某一特定的有界部分内，轨道线具有遍历性和混合性。遍历性是指任何一条轨道线会探访整个特定的有界部分，混合性是指初始间单关系将弥漫的动力学行为所消除。 混沌吸引子：吸引子是指这样的一个集合，当时间趋于无穷大时，在任何一个有界集上出发的非定常流的所有轨道都趋于它。若吸引子的轨线对初始条件高度敏感依赖，该吸引子就称为混沌吸引子。吸引子无外乎两种状态，即单个点和稳定极限环。系统的吸引子理论是关于吸引子的科学理论，它是混沌学的重要组成部分。 奇异（怪）吸引子：具有分数维结构的吸引子称为奇异吸引子。奇异吸引子是反映混沌系统运动特征的产物，也是一种混沌系统中无序稳态的运动形态。它具有自相似性,同时具有分形结构。奇异吸引子是混沌运动的主要特征之一。奇异吸引子的出现与系统中包含某种不稳定性（不同于轨道不稳定性和李雅普诺夫不稳定性）有着密切关系，它具有不同属性的内外两种方向：在奇异吸引子外的一切运动都趋向（吸引）到吸引子，属于“稳定”的方向；一切到达奇异吸引子内的运动都互相排斥，对应于“不稳定”方向。 1.2混沌的基本特征 混沌具有两个基本的特征：一是运转状态的非周期性，即混沌系统输出信号的周期为无穷大，且在功率上与纯粹噪声信号难以分辨，因而是随机信号，然而混沌系统是确定性动力学系统，本身并不包含任何随机因素的作用，其产生随机输出信号的原因完全是因为系统内部各变量之间的强非线性耦合。因此，其输出的随机信号在理论上是可以精确重复的。二是对初始条件的高度敏感性，即若存在对初始条件的任何微小的偏离（扰动），则此偏离随着系统的演化将迅速以指数率增长，使得在很短的时间内系统的状态与受扰前便失去任何的相关性，因此，混沌仅具有极为短期的预测性。混沌状态具有以下三个关键(核心)概念：即对初始条件的敏感性、分形、奇异吸引子。 2蔡氏电路与非线性负电阻的实现
关于谐振过电压及预防的技术措施 发表时间：2019-04-11T13:54:14.127Z 来源：《河南电力》2018年19期作者：唐振华 [导读] 谐振过电压是因电网储能参数—电感和电容匹配符合谐振条件而引起的过电压。在电力生产和电力运行的中低压电网中 唐振华 （福建省万维新能源电力有限公司福建福州 350003） 摘要：谐振过电压是因电网储能参数—电感和电容匹配符合谐振条件而引起的过电压。在电力生产和电力运行的中低压电网中，由于故障的形式和操作方式是多种多样的，谐振性质也各不相同。因此，应该了解各种不同类型谐振的性质与特点，掌握其振荡的性质和特点，并制订防振和消振的对策与措施。 关键词：谐振过电压；预防；技术措施 1.谐振的危害性 在电力供电电网上，谐振过电压在正常运行操作中出现频繁，其危害性较大；过电压一旦发生，往往造成电气设备的损坏和大面积的停电事故。多年电力生产运行的记载和事故分析表明，中低压电网中过电压事故大多数都是由谐振现象所引起的。由于谐振过电压作用时间较长，所引起谐振现象的原因又很多，因此在选择保护措施方面造成很大的困难。为了尽可能地防止谐振过电压的发生，在设计和操作电网设备时，应进行必要的估算和安排，以免形成严重的串联谐振回路；或采取适当的防止谐振的措施。 目前变电站大部分采用中性点不接地方式运行，而最常见的谐振过电压就是发生在中性点不接地系统中。从电网的运行实践证明，中性点不接地系统中由于电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振过电压比较多，尽管采取了不少限制谐振过电压的措施，如：消谐灯、消谐器、PT高压中性点增设电阻或单只PT等，但始终没有从根本上得到解决，PT烧毁、熔丝熔断仍不断发生；另一方面由于中性点不接地运行方式的主要特点是单相接地后，允许维持一定的时间，一般为2小时，不致于引起用户断电，但随着中低压电网的扩大，出线回路数增多、线路增长，中低压电网对地电容电流亦大幅度增加，单相接地时接地电弧不能自动熄灭必然产生电弧过电压，一般为3—5倍相电压甚至更高，致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，并会发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。 2.产生谐振过电压的因素 2.1互感器铁磁谐振过电压的因素 电压互感器伏安特性的影响。铁芯电感的伏安特性愈好，即铁芯饱和得愈慢，也即谐振所需要的阻抗参数XC0/XL愈大；反之，谐振所需XC0/XL愈小。考虑到电力系统中运行着的电压．互感器及系统的具体情况总与模拟情况有差异，因此，对于不同型号、不同出厂日期、不同厂家制造的电压互感器，其谐振区域应根据实际试验加以确定。 电压互感器损耗的影响。运行着的互感器，一般损耗较大，例如，35kV的互感器其阻尼系数r/XL为＞15/10000.损耗电阻大，可以吸收一部分能量，对谐振有一定的抑制作用，特别是对1/2频谐振，这种抑制作用很明显。 电压互感器结构的影响。现场运行着的电压互感器，既有三台单相电压互感器组，也有三相五柱电压互感器，它们在谐振激发上是不同的。试验研究表明，单相电压互感器组的起振电压较三相五柱电压互感器的低，也就是说，单相电压互感器组容易激发谐振。这主要是由于两者碰路结构的差异，造成零序阻抗不同所致。 单相互感器组零序磁通的磁路和正序磁通的磁路一样，每相都有自己的闭合回路，因而零序阻抗等于正序阻抗。对三芯玉柱电压工感器，由于零序磁通经过两个边往返回，所以其磁路长，而且铁芯截面小，因而其零序磁通磁阻较单相互感器组要大得多。由上所述，谐振是由于零序磁通造成的，三芯五柱互感器零序磁通遇到的磁阻大，谐振就不容易产生。 应当指出，由于磁路的差异，计算和测量这两类电压互感器零序阻抗时所用的电压是不同的。由于电网发生谐振时，作用在电压互感器上的电压是正序电压与零序谐振电压的选加，对于单相互感器组，正序电压和零序电压合成下的服抗值接近干线电压下的阻抗值，因此，XL为额定线电压下的激磁感抗。对于三芯玉柱互感器，零序电压接近于相电压，正序电压对零序电压阻抗影响不大，所以应取相电压下的相应感抗值。 2.2电网零序电容的影响 实践可知，谐振区域与阻抗比XC0/XL有直接关系，对于1/2分频谐振区，阻抗XC0/XL约为0.01~0.08；基波谐振区，XC0/XL约为0.08~0.8；高频谐振区，XC0/XL约为0.6~3.0.当改变电网零序电容时，XC0/XL 随之改变，回路中可能出现由一种借振状态转变为另一种谐振状态。如果零序电容过大或过小，就可以脱离谐振区域，谐振就不会发生。在现场，一般可以测量出电网的对地电容电流，进而计算出对地电容，由XC0/XL估算该电网是否处于谐振区。若在诸振区，再进一步判定可能是哪一种谐振。除上述情况外，电网零序电容还对谐振过电压、过电流的大小和谐振频率有一定影响。 2.3其他影响因素 激发程度。实际激发试验表明，即使阻抗参数XC0/XL落在诸振区域内，也并不是每次都能激发起稳定的谐振。这是因为谐振的产生不仅与XC0/XL有关，还与电压冲击、涌流大小、合闸相角等激发因素有关。激发程度不同时，互感器饱和程度有异，因此谐振特性就不相同。 回路的阻尼作用。当激发起中性点不稳定过电压后，元论是基波、三次谐波还是1/2分次谐波谐振，总是由电源供给谐振所需的能量。如果输入和输出的能量得以平衡，诸波将维持下去；如果能量平衡关系一旦被破坏，则谐振便会自动消除。根据谐振原理，增大回路电阻可使诸振区域缩小，维持谐振所需的电压提高，从而能阻尼振荡。 电网频率的变动。电网频率的变化，使谐振回路中的阻抗参数发生变化，是导致谐振现象不稳定的重要原因。 电网频率变动可能使谐振现象突然发生；突然消失；也可能使谐振由一种状态转变为另一种状态。 3.采取措施 一是防止电压互感器铁磁谐振措施。选择励磁特性好的电压互感器，使其工作点在伏安特性的线性部分，当有激发因素时，铁芯不饱
Chapter 一 1-1、电力系统和电力网的含义是什么？答：电力系统指生产、变换、输送、分配电能的 设备如发电机、变压器、输配电线路等， 使用电能的设备如电动机、电炉、电灯等，以及测量、保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。一般电力系统就是由发电设备、输电设备、配电设备及用电设备所组成的统一体。 电力系统中，由各种电压等级的电力线路及升降压变压器等变换、输送、分配电能设备 所组成的部分称电力网络。 1-2、电力系统接线图分为哪两种？有什么区别？ 答：电力系统接线图分为地理接线图和电气接线图。地理接线图是按比例显示该系统 中各发电厂和变电所的相对地理位置，反映各条电力线 路按一定比例的路径，以及它们相互间的联络。因此，由地理接线图可获得对该系统的宏观印象。但由于地理接线图上难以表示各主要电机、电器之间的联系，对该系统的进一步了解。还需阅读其电气接线图。 电气接线图主要显示系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电力元件之间的电气接线。但电气接线图上难以反映各发电厂、变电所的相对位置，所以阅读电气接线图时，又常需参考地理接线图。 1-3、对电力系统运行的基本要求是什么？ 答：对电力系统运行通常有如下三点基本要求: 1）保证可靠地持续供电； 2）保证良好的电能质量； 3）保证系统运行的经济性。 1-4、电力系统的额定电压是如何确定的？系统各元件的额定电压是多少？什么叫电力线路的平均额定电压？ 答：各部分电压等级之所以不同，是因三相功率S 和线电压U、线电流I 之间的关系为 UI。当输送功率一定时，输电电压愈高，电流愈小，导线等截流部分的截面积愈小， 投资愈小；但电压愈高，对绝缘的要求愈高，杆塔、变压器、断路器等绝缘的投资也愈大。综合考虑这些因素，对应于一定的输送功率和输送距离应有一个最合理的线路电压。但从设备制造角度考虑，为保证生产的系列性，又不应任意确定线路电压。另外，规定的标准电压等级过多也不利于电力工业的发展。考虑到现有的实际情况和进一步的发展，我国国家标准规定了标准电压，即为额定电压。 各元件的额定电压：
实验七：使用PSpice软件对混频电路仿真 一．实验目的 1. 掌握PSpice软件的基本操作（包括设计绘制电路、仿真调测、时域频域分析）。 2．掌握如何使用PSpice仿真软件研究分析三极管混频器和乘法器混频器工作原理。 3．通过实验中波形和频谱，研究三极管混频与乘法器混频的区别。 二．实验仪器 1．计算机2．PSpice8.0软件 三．实验内容 1．在PSpice原理图编辑环境下分别完成三极管混频和乘法器混频的电路绘制； 2．对以上两种电路分别进行仿真，显示时域波形图（参与混频的两个频率为1kHz和10kHz）； 3．对以上两种电路的输出波形分别进行FFT（频域分析），指出二者的频谱差别。四．实验步骤 1．实验准备 在计算机上安装PSpice8.0软件包（安装过程中如有提示，选默认即可）。 2．原理图的绘制方法 安装成功后，选择Windows程序->DesignLab Eval 8->Schematics即可打开原理图编辑界面。然后按如下操作： （1）选择与布放元器件：菜单 -> Draw -> Get New Part…选择所需电路元器件 -> Place&Close （2）连接元器件：把所需元器件布放完毕后，可点击菜单栏下方的快捷图标按钮“”将各元器件按照下图提示连接起来。 图1 三极管混频原理图
图1提示：图中Vcc与VBB选择元件库中的“VDC”元件，分别双击它们，按照图中标记设定好直流电压（DC）参数。V1与V2选择元件库中的“VSIN”元件。双击这些元件可以改变这些电压的参数，将V1和V2的振幅（VAMPL）参数都设置为0.01V，频率（FREQ）参数按上图标记设定好。“地”选择库中的“AGND”元件。 图2 乘法器混频原理图 图2提示：图中的乘法器直接使用库中的“MULT”元件。V1与V2选择元件库中的“VSIN”元件。振幅都设为0.01V，频率分别为1kHz和10kHz。 3．时域仿真及频域分析 ⑴实验步骤 ①在电脑D:\盘上创建pspice目录。将电路图按上面提示画好，并将各参数按上述提示要求设好，点击File -> Save把文件保存在D:\pspice目录下。 ②选择菜单–> analysis -> Setup 将Transient选项左侧选上对钩（其他项均不选），如下图所示
蔡氏电路系统仿真平台的研究 齐春亮，张兴国 (兰州大学信息科学与工程学院 甘肃 兰州 730000) E-mail:jichl03@https://www.doczj.com/doc/0e11661384.html, 摘要：本文在对蔡氏电路进行了分析的基础上，结合实际试验中的主要现实困难，研究了蔡氏一类非线性混沌电路仿真系统的结构化设计与系统动态演示方法，通过建立结构化仿真实验平台，减轻了蔡氏电路研制者的筛选元器件的负担，同时增强了人机交互功能。 关键词：蔡氏电路,结构化,可视化仿真 1.概述 现代非线性科学是人类科学文化的重要组成部分，而混沌又是现代非线性科学的重要组成部分，混沌理论为非线性系统的研究提供了简单有效的模型。1983年，美国贝克莱(Berkeley)大学的蔡少棠教授(Leon.o.Chua)发明了蔡氏电路(Chua ’s Circuit)，蔡氏电路因其简洁性和代表性而成为研究非线性电路中混沌的典范[1][2]。蔡氏电路是由电阻﹑电容和 电感及“蔡氏二极管”组成的三阶自治电路，在满足以下条件时能够产生混沌现象[3]：（a) 非线性元件不少于一个（b)线性有效电阻不少于一个（c)储能元件不少于三个。符合以上标准的最简单电路，就是混沌电路之一—典型蔡氏电路。 一个具体的典型蔡氏电路相空间的动力学方程为 ???? ??????=+==???2212221)11)211Vc L 1i )Vc (Vc C G C 1Vc (Vc C 1Vc (Vc C G Vc dt d i dt d f dt d L L 及 ))((2 1)(1111E V E V G G V G V f I C C b a C b C ??+?+== 蔡氏电路的运动形态因元件参数值的不同而有本质的不同，可以把电路元件参数值看作控制参数而使蔡氏电路工作在不同的状态。现在以其中的线性电阻R （方程中的G=1/R ）为 1
电力系统谐振消除方法详解 电力系统铁磁谐振一直影响着电气设备和电网的安全运行,特别是对中性点不直接接地系统,铁磁谐振所占的比例较大,因此对此类铁磁谐振问题研究得较多。 本文针对电力系统谐振消除方法进行探讨和分析,并提出一些意见,为相关工 作者提供参考。 引言 电力系统中过电压现象较为普遍。引起电网过电压的原因主要有谐振过电 压、操作过电压、雷电过电压以及系统运行方式突变,负荷剧烈波动引起系统过电压等。其中,谐振过电压出现频繁,其危害很大。 过电压一旦发生,往往造成系统电气设备的损坏和大面积停电事故发生。据多年来电力生产运行的记载和事故分析表明,中低压电网中过电压事故大多数是由于谐振现象引起的。日常工作中发现,在刮风、阴雨等特殊天气时,变电站35kV及以下系统发生间歇性接地的频率较高,当接地使得系统参数满足谐振条件时便会发生谐振。 同时产生谐振过电压。谐振会给电力系统造成破坏性的后果:谐振使电网中的元件产生大量附加的谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率,影响各种电气设备的正常工作;导致继电保护和自动装置误动作,并会使电气测量仪表计量不准确;会对邻近的通信系统产生干扰,产生噪声,降低通信质量,甚至使通信系统无法正常工作。 谐振及铁磁谐振 谐振是一种稳态现象,因此,电力系统中的谐振过电压不仅会在操作或事故时 的过渡过程中产生,而且还可能在过渡过程结束后较长时间内稳定存在,直到发生新的操作谐振条件受到破坏为止。所以谐振过电压的持续时间要比操作过电压长得多,
这种过电压一旦发生,往往会造成严重后果。运行经验表明,谐振过电压可在各种电压等级的网络中产生,尤其在35kV及以下的电网中,由谐振造成的事故较多,已成为系统内普遍关注的问题。 因此,必须在设计时事先进行必要的计算和安排,或者采取一定附加措施(如装设阻尼电阻等),避免形成不利的谐振回路,在日常工作中合理操作防止谐振 的产生,降低谐振过电压幅值和及时消除谐振。在6~35kV系统操作或故障情况下,系统振荡回路中往往由于变压器、电压互感器、消弧线圈等铁芯电感的磁路饱和作用而激发起持续性的较高幅值的铁磁谐振过电压。 铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振、分次谐波谐振,其共同特征是系统电压升高,引起绝缘闪络或避雷器爆炸;或产生高值零序电压分量,出现虚幻接地现象和不正确的接地指示;或者在PT中出现过电流,引起熔断器熔断或互感器烧坏;母线PT的开口三角绕组出现较高电压,使母线绝缘监视信号动作。各次谐波谐振不同特点主要在于:分次谐波谐振三相电压依次轮流升高,超过线电压,一般不超过2倍相电压,三相电压表指针在相同范围出现低频摆动。 基波谐振时,两相电压升高,超过线电压,但一般不超过3倍相电压,一相电压降低但不等于零。 高次谐波谐振时,三相电压同时升高或其中一相明显升高,超过线电压,但不超过3~3.5倍相电压。 谐振事故解决方法 PT在正常工作时,铁芯磁通密度不高,不饱和;但如果在电压过零时突然合闸、分闸或单相接地消失,这时铁芯磁通就会达到稳态时的数倍,处于饱和状态,这时,某一相或两相的激磁电流大幅度增加,当感抗与容抗参数匹配恰当(满足谐振条件)时,即会发生谐振,即铁磁谐振。发生谐振时,会在电感和电容两端产生2~3.5倍
谐振接地系统中单相接地引起的过电压分析 摘要: 单相接地故障是电力系统中主要的故障形式，由其引发的各种过电压事故很多。本文描述了单相接地的各种现象，分析了谐振接地系统中单相接地引起的弧光接地过电压和铁磁谐振过电压，特别是两种不同工作方式的消弧线圈自动调谐装置对消除铁磁谐振过电压的影响。 关键词:单相接地弧光接地过电压消弧线圈铁磁谐振 前言 配电网中性点经消弧线圈接地方式，又称为谐振接地方式，在谐振接地系统中有三种过电压对其影响最大，即雷击过电压、弧光接地过电压和铁磁谐振过电压。前两种过电压可以采用比较明确有效的措施来进行防护，如对于雷击过电压，可以采用避雷器等防雷保护措施来限制其危害性。对于弧光接地过电压，通常采用消弧线圈进行有效的抑制。但对于铁磁谐振过电压，虽然目前可采用的防治措施很多，但实际效果和评价各不相同，铁磁谐振过电压在实际运行中仍然经常引发严重的事故。长期运行经验表明，单相接地故障是电力系统中主要的故障形式，约占60％以上。当电网发生单相接地时, 容易产生间歇性弧光接地, 此时产生的弧光接地过电压和由此激发的铁磁谐振过电压将会导致弱绝缘的击穿，甚至发展为相间短路故障而引发跳闸。我厂的6kV配电网为谐振接地系统，且单相接地时有发生，因此对谐振接地系统中单相接地引起的弧光接地过电压和铁磁谐振过电压进行分析是十分必要的。 1单相接地的各种现象 运行中单相接地一般是间歇性电弧接地→稳定电弧接地→金属性接地。根据实测, 间歇性电弧接地, 持续时间可达0.2～2S, 频率可达300～3000Hz;然后呈稳定电弧接地, 持续时间可达2～10s,最后, 故障点导线被烧熔成为金属性接地, 即所谓永久性故障接地。另一种情况是暂时性的单相电弧接地如（雷击、鸟害等），当系统电容电流超过一定数值时，电弧难以自动熄灭。然而这个电流又不至于大到形成稳定电弧的程度，因此可能出现电弧时燃时灭的不稳定状态。两种间歇性的电弧导致系统中电感－电容回路的电磁振荡过程，产生遍及全系统的的弧光接地过电压。 2消弧线圈自动调谐对弧光接地过电压的抑制 间歇性电弧接地流过故障点的电流中包含两个分量，即工频分量和高频分量。在谐振接地系统中，现行所有消弧线圈设计的自动调谐都是在电网工频下完成的，不能补偿高频分量，因此消弧线圈自动调谐不能消除弧光接地过电压。
实验一晶体三极管共射放大电路 实验目的 1、 学习共射放大电路的参数选取方法。 2、 学习放大电路静态工作点的测量与调整，了解静态工作点对放大电路性能的影响。 3、 学习放大电路的电压放大倍数和最大不失真输出电压的分析方法 4、 学习放大电路数输入、输出电阻的测试方法以及频率特性的分析方法。 、实验内容 确定并调整放大电路的静态工作点。 为了稳定静态工作点，必须满足的两个条件 条件一: 条件二: I 1>>I BQ V>>V BE I I =(5~10)I B V B =3~5V R E 由 V B V BE V B 再选定 I EQ I CQ 计算出Re R b2 I I ,由 V B V B I I (5~10)I B Q 计算出 m - Vcc V B R b1 再由 V CC V B (5~10)I BQ 计算出 Ri
Time 从输出波形可以看出没有出现失真，故静态工作点设置的合适。 改变电路参数: V1 12Vdc Rc 此时得到波形为: 400mV 200mV 0V -200mV 450us 500us 75k 3k 4.372V R2 50k Q1 Q2N2222 Re 2.2k C2 T 一 6.984V 10uF 彳Ce 100uF
2.0 V -4.0V 0s 50us 100us 口V(C2:2) V(C1:1) 150us 200us 250us 300us 350us 400us 450us 500us Time 此时出现饱和失真。 当RL开路时（设RL=1MEG Q）时: V1 输出波形为:
4.0V -4.0V 出现饱和失真 二、实验心得 这个实验我做了很长时间，主要是耗在静态工作点的调试上面。按照估计算出的Rb1、Rb2、Re的值带入电路进行分析时，电路出现失真，根据其失真的情况需要不停的调 节Rb1、Rb2和Re的值是电路输出不失真。 实验二差分放大电路 -、实验目的 1、学习差分放大电路的设计方法 2、学习差分放大电路静态工作的测试和调整方法 3、学习差分放大电路差模和共模性能指标的测试方法 二、实验内容 1. 测量差分放大电路的静态工作点，并调整到合适的数值。
电网谐振过电压的防治 刘志清山东诸城市供电公司（262200）电网谐振过电压与系统结构、容量、参数、运行方式及各种自动装置的特性有关。谐振过电压，一般因操作或故障引起系统元件参数出现不利组合而产生。诸城市电网10~35kV系统为不接地或经消弧线圈接地系统，电网中存在大量星形接线的电压互感器，其一次绕组直接接地，成为电网对地电容电流、高次谐波电流的充放电途径，此电流必然通过电压互感器一次绕组，使电压互感器铁心深度饱和，在电网接地、倒闸操作、运行方式变化等情况下，将出现电网电压不稳定，甚至出现谐振。另外，近年来热电厂联网数量不断增多，发电机电感参数周期性变化将引起发电机自励磁（参数谐振）过电压。 谐振过电压对电网造成危害极大，诸如造成电压互感器熔丝熔断、电压互感器烧毁、电网设备绝缘损毁，甚至造成相间短路、保护装置误动作等等，所以加强对其防治非常必要。 诸城金安热电厂并网发电后，数月时间在其并网的35kV系统内连续发生3次谐振过电压。谐振时，相电压最高达到41kV、最低16kV，持续时间15min左右。谐振期间，采用切除电容器等操作电网手段改变电网参数后，只能使谐振暂时消除几分钟，然后再次谐振，所幸未导致电网设备损坏。 谐振发生后，经过分析论证热电厂联网发电机是该区域35kV电网谐振源，该区域35kV电压互感器一次绕组中性点接地点多达9
个，电网抗谐振过电压能力薄弱且无任何防治措施，致使电网具备了发生谐振过电压的条件。为此，应从技术上采取措施。 为防止并网运行发电机电感参数周期性变化引起的自励磁过电压，要求并网发电热电厂必须采取如下措施： ·尽量避免发电机直接空充线路，无法避免时应确保发电机容量大于并网空载线路的充电功率； ·避免发电机带空载线路启动，或避免以全电压向空载线路合闸； ·要求并网运行的热电厂发电机采用快速励磁自动调节器，限制发电机同步励磁过电压； ·并网发电的热电厂35、10kV母线上的星形接线电压互感器，其中性点一次侧加装消谐器。二次侧开口三角加装二次消谐器或合适消谐电阻。 为防止不接地系统或经消弧线圈接地系统中，因合闸充电或在运行时接地故障消除等原因的激发，使中性点接地的电压互感器过饱和可能产生的谐振过电压，采取如下措施： ·优先选用励磁特性饱和点较高的抗谐振型电压互感器； ·减少同一系统中电压互感器高压侧中性点接地数量，除电源侧电压互感器高压侧中性点接地外，其它电压互感器中性点尽可能不接地； ·在电压互感器开口三角绕组装设二次消谐器或消谐电阻； ·在电压互感器一次绕组中性点装设一次消谐器。 采用性能良好的设备，提高运行维护水平，避免下列条件下的铁