武汉理工《电气CAD》实验指导书.docx
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武汉理工《电气CAD》实验指导书
电气CAD
实验指导书
指导教师:
杨波
目录
实验一AutoCAD基本操作1
实验二常用电气元件的绘制1
实验三三相异步电动机控制电气设计6
实验四变电工程设计11
实验五Protel99SE软件基本操作16
实验六滤波器仿真设计17
实验七串行通信电路交互式布线,封装模型设计及报表生成22
实验一AutoCAD基本操作
一、实验目的
了解AutoCAD软件环境,掌握线、圆、文字标注、尺寸标注、设置绘图环境、图形输出等基本操作。
二、实验要求
要求设计简单的图形,在软件环境中输入,并实现输出。
三、实验设备
装有AutoCAD2006软件的计算机一台。
实验二常用电气元件的绘制
一、实验目的
了解电气制图规范,学习常用电气元件的绘制,包括导线、连接器件、无源器件、半导体管和电子管、开关、控制和保护装置、常用测量仪表、灯和信号器件等。
二、实验要求
在熟练掌握常用电气元件绘制的基础上,绘制一个带多个开关的并联照明电路。
三、实验设备
装有AutoCAD2006软件的计算机一台。
四、实验步骤
Tips:
命令行键入U,取消上次操作
回车表示结束本次操作
打开“对象捕捉”和“对象追踪”,方便画图。
并联照明电路图为:
1、打开AutoCAD2006(用模板acadiso.dwt)。
2、绘制手动单极开关
(1)单击“绘图”工具栏“直线”按钮,绘制最下端三段连接竖直线,分别长20。
命令:
_line指定第一点:
100,100(输入第一点绝对坐标)
指定下一点或[放弃(U)]:
@20,0(输入第二点相对坐标,@20,0表示x轴上右移20,y轴上不变)
指定下一点或[放弃(U)]:
@20,0
指定下一点或[闭合(C)/放弃(U)]:
@20,0
指定下一点或[闭合(C)/放弃(U)]:
(直接回车,表示结束绘制直线)
Tips:
窗口上端标准工具栏上有窗口缩放按钮,可放大所选图形。
(2)单击“绘图”工具栏“直线”按钮,过中间直线段中点画竖直线,长度为30,线型为虚线。
a)绘制中间直线段
单击“绘图”工具栏“直线”按钮
按shift+右键,出现如图下拉菜单
选择下拉菜单中的“中点”,这时把鼠标靠近绘制好的直线段,中点自动就定位出来了,鼠标点击直线段中点,按命令行提示操作:
命令:
_line指定第一点:
_mid于(第一点为直线段中点)
指定下一点或[放弃(U)]:
@0,30(@0,30表示第二个点x轴上不变,y轴上上移30)
指定下一点或[放弃(U)]:
(直接回车,表示结束绘制直线)
按ESC键取消选择
b)切换成虚线
格式->线型,出现线型管理器对话框。
单击“加载”按钮,弹出“加载或重载线型”对话框,选择“ISOdash__________”单击“确定”按钮。
(3)单击“绘图”工具栏“直线”按钮,绘制最上边竖直直线段,长度为10,线型切换为实线。
a)切换到实线
格式->线型,出现线型管理器对话框。
选择“Continuous”
b)绘制直线
Tips:
可推算出最上边竖直直线段端点坐标,以便画图
效果如图
(4)旋转中间直线段
单击“修改”工具栏“旋转”按钮,按命令行提示操作。
命令:
ROTATE
UCS当前的正角方向:
ANGDIR=逆时针ANGBASE=0
选择对象:
找到1个(选中中间的直线段)
选择对象:
(回车表示选择完毕)
指定基点:
(指定中间直线段左端点为旋转基点)
指定旋转角度,或[复制(C)/参照(R)]<0>:
30(只旋转30°,只旋转,不复制)
效果如图:
(5)修剪
“修剪”按钮的功能是以选中直线或者圆弧为边界,裁减掉与之相交图形超过边界的部分。
单击“修改”工作栏中的“修剪”按钮。
命令:
_trim
当前设置:
投影=UCS,边=无
选择剪切边...
选择对象或<全部选择>:
找到1个(选中旋转后的边为修剪参考曲线)
选择对象:
(回车,选择完毕)
选择要修剪的对象,或按住Shift键选择要延伸的对象,或
[栏选(F)/窗交(C)/投影(P)/边(E)/删除(R)/放弃(U)]:
(单击虚线段在参考曲线的右边部分,该部分被修剪,回车完成修剪操作。
)
修剪完成后的单极手动开关如图:
3、绘制灯泡
(1)绘制圆
单击“绘图”工具栏“圆”按钮,从单极开关右端点出发,用鼠标左键在合适位置拾取一点作为圆心,画半径为15的圆。
命令:
_circle指定圆的圆心或[三点(3P)/两点(2P)/相切、相切、半径(T)]:
指定圆的半径或[直径(D)]:
15
(2)绘制多边形
单击“绘图”工具栏“多边形”按钮
命令:
_polygon输入边的数目<4>:
(直接回车,表示绘制边数为4边)
指定正多边形的中心点或[边(E)]:
(捕捉圆心为中心点)
输入选项[内接于圆(I)/外切于圆(C)]:
I(内接于圆)
指定圆的半径:
15
(3)绘制对角线和删除正方形
4、单个照明电路连线
5、并联照明电路
(1)复制,下移50
单击“修改”工具栏“复制”按钮,下移50
命令:
_copy
选择对象:
指定对角点:
找到11个
选择对象:
(直接回车,表示结束选择)
指定基点或[位移(D)]<位移>:
(把单个照明电路作为基点)指定第二个点或<使用第一个点作为位移>:
50
连线,最后电路如图所示:
五、实验报告
1、第二部分实验过程记录,记录实验过程中发现的问题
2、第三部分结果和讨论,写自己的小结和体会
实验三三相异步电动机控制电气设计
一、实验目的
掌握机械电气设计规范,掌握电动机控制电气设计,掌握电气图的布局。
二、实验要求
设计、绘制并输出三相异步电动机供电系统图。
学生通过该实验可了解机械电气设计的一般步骤和方法。
三、实验设备
装有AutoCAD2006软件的计算机一台。
四、实验步骤
1、绘制三相交流电动机。
(1)绘制一个整圆。
“绘图”工具栏中的”圆”按钮
命令:
_circle指定圆的圆心或[三点(3P)/两点(2P)/相切、相切、半径(T)]:
100,100
指定圆的半径或[直径(D)]:
20
(2)“绘图”工具栏中的”文字”按钮,在合适位置输入文字“M3”其中文字字体选为”仿宋”,大小为10号字,居中对齐。
(3)绘制交流符号
“绘图”工具栏中的“样条曲线”按钮
命令:
SPLINE
指定第一个点或[对象(O)]:
90,90
指定下一点:
95,95
指定下一点或[闭合(C)/拟合公差(F)]<起点切向>:
100,90
指定下一点或[闭合(C)/拟合公差(F)]<起点切向>:
105,85
指定下一点或[闭合(C)/拟合公差(F)]<起点切向>:
110,90
指定下一点或[闭合(C)/拟合公差(F)]<起点切向>:
(直接回车,表示拟合点已经输入完)
指定起点切向:
(鼠标选择起点切线方向)
指定端点切向:
(鼠标选择终点切线方向)
2、绘制断流器符号
(1)绘制一个矩形(长50宽20)
命令:
_rectang
指定第一个角点或[倒角(C)/标高(E)/圆角(F)/厚度(T)/宽度(W)]:
75,200(矩形左上端点)
指定另一个角点或[面积(A)/尺寸(D)/旋转(R)]:
125,180(矩形右下端点)
(2)绘制
命令:
_line指定第一点:
_mid于(从矩形上边沿中点开始画线)
指定下一点或[放弃(U)]:
@0,-5
指定下一点或[放弃(U)]:
@-10,0
指定下一点或[闭合(C)/放弃(U)]:
@0,-10
指定下一点或[闭合(C)/放弃(U)]:
@10,0
指定下一点或[闭合(C)/放弃(U)]:
@0,-5
指定下一点或[闭合(C)/放弃(U)]:
3、绘制多级开关
(1)绘制中间三段连接竖直线,分别长20
命令:
_line指定第一点:
(选择从矩形上边沿中点开始画线)
指定下一点或[放弃(U)]:
@0,20
指定下一点或[放弃(U)]:
@0,20
指定下一点或[闭合(C)/放弃(U)]:
@0,20
(2)旋转竖直线的中间直线段
命令:
_rotate
UCS当前的正角方向:
ANGDIR=逆时针ANGBASE=0(直接回车,表示选择默认的逆时针方向)
选择对象:
找到1个(选择中间直线段)
选择对象:
(直接回车,表示结束选择)
指定基点:
(以中间直线段下端点作为旋转基点)
指定旋转角度,或[复制(C)/参照(R)]<0>:
30(旋转30度)
(3)复制平移
复制中间的开关,平移到左边15处和右边15处。
(4)画虚线段(shift+右键找中点)
4、连线
把断路器和交流发动机连起来(对象追踪和对象捕捉打开,便于定位)。
5、绘制机壳接地
调用“直线”绘图命令,绘制机壳接地线。
(1)调用“直线”绘图命令,绘制折线段,如图a所示。
命令:
_line指定第一点:
(以圆最左边切点为第一点或象限点)
指定下一点或[放弃(U)]:
@-10,0(横线长10)
指定下一点或[放弃(U)]:
@0,-15(竖线长15)
指定下一点或[闭合(C)/放弃(U)]:
@5,0(横线长5)
(2)以竖直直线为对称轴生成另一半地平线符号,如图b所示。
(3)调用“直线”绘图命令,绘制斜线段,如图c所示
命令:
_line指定第一点:
(地平线右端点为第一点)
指定下一点或[放弃(U)]:
@5<-135(与x轴正方向成-135度角,长5的斜线段)
指定下一点或[放弃(U)]:
(直接回车,结束直线命令)
(4)在偏移距离为5处绘制另两条斜线,如图d所示。
图a图b图c图d
6、绘制输入端子
(1)调用“圆”绘图命令,在多级开关端点处绘制一个半径为2的圆,作为电源的引入端子。
(2)调用“复制”修改命令,复制移动生成另外两个端子。
选择上一步骤绘制的圆的圆心为复制基点,另外两根三相导线的端点为放置点。
7、新建图层。
(1)打开图层特性管理器,新建图层。
(2)新建图层取名“文字说明”,颜色为”160”
(3)切换图层到新建的“文字说明”图层上,添加文字说明,为各器件和导线添加上标示符号,便于对图纸进行阅读和校核。
字体选择”仿宋”,大小为10号字,居中对齐。
(改字体,字号时一定要选中你所写的文字改动才有效)
三相异步电动机供电系统图
五、实验报告
1、第二部分实验过程记录,记录实验过程中发现的问题
2、第三部分结果和讨论,写自己的小结和体会
实验四变电工程设计
一、实验目的
掌握在所选软件环境中进行电力工程电气设计,掌握电力工程图的设计方法。
二、实验要求
根据变电工程的要求,先设计绘制简单的能表明变电所的工作的大致原理的系统图,在系统图的基础上,进一步设计电器主接线图,在所选软件环境中布局、绘制该电气图,并实现打印输出。
三、实验设备
装有AutoCAD2006软件的计算机一台。
四、实验步骤
1、绘制开关
(1)绘制竖线
(2)绘制斜线
从下端点上方20处开始绘制斜线,长度为20,角度为120(@20<120)
(3)绘制水平线
绘制斜线到竖直线的垂足
图7-1
(4)移动水平线
调用“移动”命令移动水平线
命令:
_move
选择对象:
找到1个(选择水平线)
选择对象:
(直接回车,表示结束选择)
指定基点或[位移(D)]<位移>:
D(位移方式)
指定位移<0.0000,0.0000,0.0000>:
5,0(右移5个单位)
图7-2
(5)调用“修剪”命令进行修剪
以水平线和斜线作为剪切边,如图7-3,最后结果如图7-4,此即为开关:
图7-3图7-4
(6)保存为图块
2、以开关为基础,绘制负荷开关
(1)偏移斜线
调用“偏移”命令
以开关为基础,绘制负荷开关
命令:
_offset
当前设置:
删除源=否图层=源OFFSETGAPTYPE=0
指定偏移距离或[通过(T)/删除(E)/图层(L)]<3.2650>:
2(定距法偏移,偏移距离为2)
选择要偏移的对象,或[退出(E)/放弃(U)]<退出>:
(选择斜线为偏移对象)
指定要偏移的那一侧上的点,或[退出(E)/多个(M)/放弃(U)]<退出>:
(任取斜线左侧一点)
选择要偏移的对象,或[退出(E)/放弃(U)]<退出>:
(再次选择斜线为偏移对象)
指定要偏移的那一侧上的点,或[退出(E)/多个(M)/放弃(U)]<退出>:
(任取斜线右侧一点)
选择要偏移的对象,或[退出(E)/放弃(U)]<退出>:
(直接回车表示结束偏移)
最后效果如图7-5:
(2)绘制垂线
最后效果如图7-6
(3)利用修剪命令进行修剪,得到跌落式熔断器符号,如图7-7。
图7-5图7-6图7-7
(4)保存为图块
3、绘制主变
(1)在一条直线上绘制两个半径为10的圆,如图7-8所示
(2)复制镜像图形,得到主变,即图7-9
图7-8图7-9
(3)保存为图块
4、绘制站用变压器
(1)绘制圆
圆心为(100,100),半径为10
命令:
_copy
选择对象:
找到1个
选择对象:
(直接回车,表示结束选择
指定基点或[位移(D)]<位移>:
100,82(以100,82为基点)
指定第二个点或<使用第一个点作为位移>:
18
指定第二个点或[退出(E)/放弃(U)]<退出>:
图7-10
(2)绘制直线
以上边一个圆的圆心为出发点,交于下边一个圆的垂足
图7-11
(3)阵列直线
以直线为阵列对象,绘制出Y图形来
图7-12图7-13
(4)复制Y图形
基点为上边一个圆的圆心,第二个点为下边一个圆的圆心
图7-14站用变压器
(5)保存为图块
5、电压互感器
(1)以站用变压器为基础,绘制一个过圆右交点,半径为10的圆
命令:
_circle指定圆的圆心或[三点(3P)/两点(2P)/相切、相切、半径(T)]:
2p(两点确定一个圆)
指定圆直径的第一个端点:
(为圆的右交点)
指定圆直径的第二个端点:
@20,0(第二个点离圆的右交点水平距离为20)
图7-15
(3)绘制三角形
调用“多线段命令“
图7-16
(4)绘制直线
图7-17
(5)修剪
图7-18
(6)删除直线,得到电压互感器
图7-19
(7)保存为图块
6、电气主接线图
根据前面步骤做出的图块,绘制电气主接线图如图:
图7-20电气主接线图
图7-21文字注释1图7-22文字注释2
五、实验报告
1、第二部分实验过程记录,记录实验过程中发现的问题
2、第三部分结果和讨论,写自己的小结和体会
实验五Protel99SE软件基本操作
一、实验目的
了解Protel99SE软件环境,掌握电子电路原理图绘制的基本步骤和各工具栏的应用等基本操作。
二、实验要求
要求设计简单的电路图,并在软件环境中绘制。
三、实验设备
装有Protel99SE软件的计算机一台。
实验六滤波器仿真设计
在电路设计完成后,设计者总需要对设计的电路的性能来进行预计,判断和校验。
过去常用的方法是数学和物理的方法,或是在面包板上模拟插线,这些方法都具有局限性。
Protel99SE可以对模拟和数字信号混合电路仿真。
其仿真引擎使用的是SPICE/XSPICE。
它可以让我们精确地仿真由各种器件,比如TTL、CMOS、BJT等构成的电路。
设计仿真原理图的步骤和一般原理图的步骤非常相似,不过所使用的元件库必须是仿真用数据库中的。
其路径为Library\sch\SIM.ddb。
Protel中支持的电路分析类型有:
静态工作点分析,交流小信号分析,瞬态分析,傅立叶分析,噪声分析,直流分析,参数扫描分析,温度扫描分析和蒙特卡罗分析。
在仿真用数据库SIM.ddb加载后,包含在SIM.ddb中的28个后缀名为*.lib的原理图库将列出在Browse属性页内。
在Protel99SE为使仿真可靠运行,必须遵守以下规则:
1、所有元器件和部件须使用适当的仿真器件模型,即所有的元器件必须在sim.ddb中的取用。
2、设计者必须放置和连接可靠的信号源,以便仿真过程中驱动整个电路。
3、设计者在需要绘制仿真数据的节点处必须添加网络标号。
4、如果必要的话,设计者必须定义电路的仿真初始条件。
滤波器是一种能够使有用信号通过而同时抑制无用信号的电子装置。
工程上常用作信号处理、数据传送和抑制干扰等。
由集成运放和R、C元件组成的有源滤波电路,具有不用电感元件、体积小、重量轻等优点。
本实验以二阶有源带通滤波器电路为例,来熟悉Protel99SE的电路仿真。
一、实验目的
掌握Protel99SE软件环境中进行简单原理图仿真的方法,能在该软件环境中进行电路仿真,通过仿真来验证电路设计的正确性。
二、实验要求
要求在软件环境中输入一个二阶有源带通滤波器电路设计,进行电路仿真,作静态工作点,交流小信号,瞬态和傅立叶仿真分析。
三、实验设备
装有Protel99SE软件的计算机一台。
四、实验步骤
1、新建数据库文件simulate.ddb。
2、新建原理图文件filter.sch
3、绘制仿真原理图
(1)加载仿真元件库Sim.ddb
界面左边Browse属性页,Add/Remove按钮,在弹出的对话框中选择Sim.ddb,按Add按钮添加到当前库列表中,按OK键结束加载
(2)放置仿真元器件
电容CAP,电阻RES在SimulationSymbols.lib库中,UA741在OpAmp.lib库中。
在Parttype中输入各元器件的值。
TIPS:
●SPACE键旋转。
●未放元件前TAB键改属性,放置后双击元件改属性
●放置PowerPort,把Net改为GND,Style改为PowerGround,即为接地符号。
●X,A取消selection
(3)连线
连线时注意两边都要出现电气热点才算连接成功。
连线时一定要用Wire(导线)连接,不能用Line(直线)。
(4)放置网络标号
放置网络标号IN,GND,OUT
5、放置激励源
在进行仿真之前,需要在电路图上放置合适的激励源。
在SimulationSymbols.lib中包含了许多仿真激励源,其中较常用的部分电压型激励源还专门组成一个仿真源工具栏:
SimulationSources。
打开和和关闭仿真源工具栏的切换命令如下:
View->Toolbars->SimulationSources,打开仿真源工具栏,放置1KHertzPulse(1KHz脉冲激励源)作为仿真源。
双击1KHz脉冲激励源属性对话框,点击PartFields属性页
1KHz脉冲激励源各属性说明如下:
DCMagnitude:
用于设置需要的直流电压,单位为V。
ACMagnitude:
用来设置叠加的交流信号幅度,进行交流小信号分析时,需要设置该栏的值,通常为1V。
ACPhase:
设置交流信号的相位。
PulsedValue:
用来设置脉冲信号的峰值电压值,单位为V。
TimeDelay:
用来设置时延。
Risetime:
用来设置上升时间。
Falltime:
用来设置下降时间。
PulseWidth:
用来设置脉冲宽度。
Period:
用来设置周期。
设置DCMagnitude为5V,ACMagnitude为1V,PulsedValue为2V,Risetime为100n,Falltime为100n,PulseWidth为50u,Period为100u,RiseTime为100n,FallTime为100n,PulseWidth为50u,Period为100u。
其他为默认值,单击OK确认修改。
5、仿真器设置
在进行仿真前,设计者必须对仿真器进行设置,选择对电路进行哪种分析,收集哪个位置信号。
进行仿真器设置命令如下:
Simulate->Setup
执行上述命令将启动AnalysesSetup对话框:
在General属性页中,将AvailableSignals中的IN,OUT信号选到右边的ActiveSignals中来。
表示收集IN和OUT处的信号。
我们选择进行静态工作点,暂态/傅立叶分析及交流小信号分析,选中对应的选择框。
各属性页说明如下
●OperatingPointAnalysis:
工作点分析,也就是静态工作点
静态工作点是在分析放大电路中提出来的,它是放大电路正常工作的重要条件。
当把放大器的输入信号短路,则放大器处于无信号输入状态,称为静态。
如果静态工作点选择不合适,则输出波形会失真,因此设置合适的静态工作点是放大电路正常工作的前提。
●Transient/FourierAnalysis:
瞬态/傅立叶分析
瞬态分析:
瞬态分析是对时域中的输入信号确定其输出信号。
傅立叶分析:
傅立叶分析是利用瞬态分析的输出结果用离散形式表示出来。
说明:
在TransientAnalysis组中,TimeStep是时间步长;StopTime是终止时间;MaximunStep是时间步长的最大值,一般取两者相等。
瞬态分析总是从时间t=0开始,然而,可以从时间StartTime起始时间开始显示结果。
事实上从t=0到t=StartTime时间内也分析了电路,只是没有输出或存贮这些结果而已。
在FourierAnalysis组中,Fund.Frequency指定傅立叶分析的基频,缺省值为信号源的频率。
Harmonics指定傅立叶分析的谐波次数,也即傅立叶分析的系数个数,缺省值是10,也即是9次谐波(0~9)。
在DefaultParameter组中,其前面有个检查框,当其被选中(前面有对勾号)时,所有参数都将不能修改(不能修改的区域显示为灰色),而必须使用缺省参数值。
但设计者可以通过此组中的参数CyclesDisplayed和PointsPerCycles来指定这些缺省参数值。
CyclesDisplayed用于指定波形中显示的信号周期个数;PointsPerCycles用于指定每个波形周期中显示的点数。
设定完成后,单击即可。
如果设计者觉得没必要使用缺省参数值,则去掉DefaultParameter前面有对勾号(即让它为空)即可,同时会发现所有数据输入区域均变亮了,此时表明可以随意设定相应的参数值。
在给出波形的同时,Protel99SE还产生了一大堆傅立叶分析的相关数据,并存于.sim文件中。
我们在TransientAnalysis组把起始时间设为0,终止时间设为5ms,步长为2us。