Применение программы Electronics Workbench для моделирования и исследования электрических цепей

Разработан лабораторный практикум по электротехнике, который позволяет моделировать на экране персонального компьютера различные электрические цепи, подключать к ним эмуляторы реальных электроизмерительных приборов и исследовать основные законы, свойства и характеристики электрических цепей. Широкий набор приборов позволяет производить измерения различных величин, задавать различные входные воздействия, исследовать характеристики схем во временной и частотной областях.

Каждая лабораторная работа состоит из экспериментальной и расчетной части, что позволяет сравнивать расчетные и экспериментальные результаты. Описания лабораторных работ составлены в виде гипертекстовых документов, причем части одного документа, связанные между собой гиперссылками, могут располагаться где угодно, а не обязательно на одном участке информационного пространства. Лабораторный практикум представляет собой сайт, подобный wwwсайтам в Internet. Для просмотра гипертекстовых документов используется программа «Internet Explorer» версии 5.0. Для экспериментальных исследований применяется программа «Electronics Workbench», использующая стандартный интерфейс Windows. Расчетная часть встроена в гипертекстовые документы в виде исполняемых модулей и реализована с помощью языка программирования «JavaScript». Связь расчетной и экспериментальной частей осуществляется посредством гиперссылок. В тех случаях, когда необходимо исследовать зависимость параметров электрической схемы от какойлибо изменяющейся величины, предусмотрен вывод на экран этой зависимости в графическом виде. На графиках представляются расчетные и экспериментальные характеристики. Графики строятся с помощью специально написанного ActiveX компонента на языке «Visual Basic 6.0». При необходимости можно посмотреть для каждой схемы на экране монитора все расчетные формулы. Таблицы, графики, ссылки на файлы с электрическими схемами для программы «Electronics Workbench» и ссылки на расчетные формулы расположены в гипертекстовых документах.

Первой проводится лабораторная работа, которая носит обучающий характер. Она знакомит студентов с порядком проведения работ и особенностями работы с программами. Для исследования предлагаются следующие лабораторные работы: «Электрические цепи постоянного тока», «Источники постоянной ЭДС и постоянного тока», «Неразветвленные цепи переменного тока», «Разветвленные цепи переменного тока», «Резонанс в электрических цепях», «Индуктивносвязанные электрические цепи», «Трехфазные электрические цепи».
Возможны два варианта выполнения экспериментальной части работы с применением программы «Electronics Workbench»:

1) на рабочем поле основного окна программы появляется схема исследуемой цепи с параметрами и обозначениями, указанными в лабораторной работе, с подключенными и настроенными приборами (гиперссылка «схема»);
2) студент сам собирает схему (гиперссылка «собрать») с необходимыми источниками питания, устанавливает нужные номиналы ее элементов и их обозначения, подключает соответствующие приборы и проводит их настройку; при этом все операции осуществляются с помощью мыши и клавиатуры.

Используемые приборы (вольтметр, амперметр, мультиметр, двухлучевой осциллограф, бодеплоттер, функциональный генератор напряжения) имеют внешнее сходство с реальными приборами, поэтому их подключение и настройка делают процесс исследований естественным и понятным студентам. Набор элементов программы «Electronics Workbench» позволяет создавать дополнительные приборы (например, ваттметр) и различные схемы и устройства, которые используются в качестве субблоков. Для включения режима измерения необходимо с помощью мыши включить на панели окна кнопку выключателя. На экранах приборов выводятся измеренные величины (токи, напряжения, углы сдвига фаз и т. д.) или графики исследуемых зависимостей (например, напряжение от времени или частоты). Имеется возможность изменять цвет проводников, выделять цветом отдельные контуры позволяет сделать схему удобной для восприятия. Можно отобразить различным цветом и графики. Результаты моделирования можно вывести на принтер или импортировать в текстовый или графический редактор.
В качестве примера приведем фрагмент одной из лабораторных работ «Трехфазные электрические цепи».

1. Откройте схему для данного пункта: схема.
2. Соберите схем.

3. Включите режим измерения.
4. Заполните табл.

5. Для получения расчетных данных щелкните по кнопке «Расчет».