《电气CAD》实验指导书.docx
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《电气CAD》实验指导书
电气CAD
实验指导书
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）
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。
在FourierAnalysis组中，把基频设为10K，谐波次数设为10.设置好的对话框如下图：
●ACSmallSignalAnalysis：
交流小信号分析
交流分析是在一定的频率范围内计算电路的响应。
如果电路中包含非线性器件或元件，则会先计算电路的直流工作点，得到线性化小信号模型参数。
然后在设计者指定的交流激励源频率范围内对该
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