598

621.3 М39

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

MATHCAD В ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

Методические указания к выполнению инженерных расчетов при решении электротехнических задач

НОВОСИБИРСК 2011

УДК621.3:004 (076.1) М39

MathCAD в электротехнике: Метод. указ. к выполнению инженерных расчетов при решении электротехнических задач / Сост.: Е.В. Лесных, Ю.Ф. Королюк, Д.В. Клименко. — Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2011. – 35 с.

Представлены основные приемы применения системы MathCAD для решения задач электротехники и энергетики.

Предназначены для студентов специальности 200503 «Стандартизация и сертификация».

Рассмотрены и рекомендованы к печати на заседании кафедры «Электротехника, диагностика и сертификация».

О т в е т с т в е н н ы й р е д а к т о р

канд. техн. наук, доц. К.В. Власов

Р е ц е н з е н т

канд. техн. наук, доц. кафедры «Информационные системы» Новосибирской государственной академии водного транспорта

А.В. Жаров

Лесных Е.В., Королюк Ю.Ф., Клименко Д.Б., сост., 2011

Сибирский государственный университет путей сообщения, 2011

ВВЕДЕНИЕ

Возможности системы MathCAD позволяют делать математическое описание практически любой задачи электротехники и электроэнергетики. При простоте записи эта система содержит большую библиотеку программ и пакетов расширения, которые позволяютисключитьрутинноепрограммированиезадач.Существенным отличием языка MathCAD от других языков программирования является форма (вид) записи вычисляемых выражений. Они записываются так, как учат в школе.

Простота записи вычисляемых выражений позволяет применять MathCAD для программирования простых задач уже через два-три часа после знакомства с системой через клавиатуру.

Освоение системы MathCAD происходит постепенно. Сначала студент решает простые арифметические выражения, потом применяет систему для решения более сложных задач с графическим и табличным выводом результатов. Важным достоинством системы является возможность работать с текстовыми редакторами, копировать текстовые фрагменты, включая рисунки и таблицы, из Word и Excel.

3

1.УСТАНОВКА MATHCAD

Чтобы начать работать с программой MathCAD, необходимо установитьеенасвойкомпьютер.ИзпоследнихверсийMathCAD наиболее применяемой является MathCAD 2001, выпущенная в трех вариантах, два из которых можно рекомендовать студентам:

MathCAD2001Standart–упрощенныйвариант,удобныйдля большинства пользователей, в том числе и для студентов младших курсов электроэнергетических специальностей;

MathCAD 2001 Professional – профессиональный вариант,

предназначенный для математиков и научно-педагогических работников. Эта версия рекомендуется для студентов старших курсов, так как предыдущая не решает некоторые задачи.

После окончания установки программы нужно не забыть перед первым запуском произвести регистрацию компонентов (рис. 1). Это делается при помощи соответствующей строчки в меню с программой MathCAD.

Рис. 1. Меню «Пуск» после установки программы MathCAD

Теперь можно запустить саму программу MathCAD из того же меню (рис. 2).

В открывшемся окне перед вами чистый лист бумаги, на котором вы собственно и будете печатать все свои расчеты.

Начните с простого – посмотрите, есть ли у вас перед глазами

панель вывода палитр математических знаков (рис. 3). Ее можно было бы точнее назвать панелью Математика, но такая

4

кнопка есть в строке Меню (рис. 4). В панели вывода меню математических знаков содержатся меню практически всех возможных действий с числовыми и символьными математическими выражениями, а такжеихграфическими изображениями.

Рис. 2. Запуск программы MathCAD из меню «Пуск»

Рис. 3. Панель математических знаков

Бывает, что панель вывода палитры математических знаков не открывается при вызове MathCAD. В этом случае ее можно вызвать через строкуМеню кнопкой Вид (View), далеекнопками Панели (Toolbars) и Математика (Math) (см. рис. 4).

При помощи этой панели мож-

5

Первоначально нажмите на этой панелинапалитру

Калькулятор

(рис. 5).

Калькулятор–

палитра, которая позволит решать основныетипынесложных математических задач.

На этой палитре представлены основные математические операции, большинствоизкоторыхестьнаобычныхкалькуляторах. Поэтому овладение ими не составит никакого труда для начинающего пользователя системы MathCAD. Ниже будут показаны возможности кнопок палитры.

2.ОКНО ДОКУМЕНТА

Сразу после запуска MathCAD открывается окно документа (рис. 6), в котором первой строкой сверху выводится заголовок: в русифицированной версии – MathCAD professional [без назва-

ния:1], в английской – MathCAD professional [Untitled:1], где 1 –

номер документа. Далее сверху вниз:

строка меню, в которой содержатся пункты меню с различными командами;

панель инструментов, содержащая кнопки с наиболее часто выполняемыми командами;

панель форматирования, позволяющая придать документу тотилиинойвид,содержащаякнопкишрифтов,алфавитов,ит.д.;

панель вывода палитр математических знаков.

Красным знаком + на поле документа отмечен курсор ввода. Если нажать клавишу какой-либо цифры или буквы, то она появится на месте курсора ввода.

С правой стороны поля документа и снизу имеются полосы прокрутки, позволяющие просматривать документ, если он не помещается весь в окне.

6

Рис. 6. Окно MathCAD сразу после запуска

Изучать панели будем по мере освоения системы MathCAD в применении к задачам энергетики. Рассмотрим пока панель инструментов и панель вывода палитр математических знаков. Еще отметим только кнопку Окно (Window) в строке Меню. Нажатие этой кнопки открывает весь список документов, с которыми работает пользователь. Он может, не закрывая текущего документа, открыть другой и работать с ним.

Первая кнопка на панели инструментов – чистый лист с загнутым концом – открывает новый документ без названия, в строке заголовка которого появится надпись в русифицированной версии – MathCAD professional [без названия:n], в английской – MathCAD professional [Untitled:n], где n — номер документа.

С нажатием второй кнопки появится окно открытия файлов

(рис. 7).

Чтобы открыть файл, необходимо его выделить курсором ввода и нажать кнопку Открыть.

Третьякнопка–кнопказапоминанияфайла.Еслиуфайлаесть название, нажатием этой кнопки запоминается текущее состояние документа. Если названия нет, открывается окно Сохра-

7

нить как. В строку Имя файла необходимо занести название файла.

Рис. 7. Окно MathCAD с окном открытия файлов

Четвертая кнопка – кнопка печати документа. Пятая кнопка – кнопка просмотра документа.

Шестая кнопка – кнопка проверки орфографии. Ее начинающиепользователи, какправило, игнорируют.

Три кнопки – седьмая, восьмая и девятая — очень востребованы.Оперируяседьмойкнопкой,показываютвыделеннуючасть документа. Выделить часть документа можно нажатием курсора ввода на пустом месте документа и обвести, не отпуская курсора, лишниеоператоры. Если операторовнесколько, токаждый изних обводится пунктиром, если один –сплошной линией. Нажатиеседьмой кнопки уничтожит выделенный фрагмент программы. Нажатиемдевятой кнопки можновосстановить уничтоженный фрагмент, начиная с места, отмеченного курсором. В отличие от седьмой кнопки восьмая только запоминает фрагмент. Вставляется запомненный фрагмент в нужное место девятой кнопкой. Восьмая кнопка очень полезна при создании фрагментов, мало отличающихся друг от друга.

8

Десятая кнопка возвращает предыдущее действие программиста, а одиннадцатая представляет последующее. Следует отметить, что не всегда MathCAD запоминает предыдущее действие. Поэтому, если вы испортили программу и вовремя спохватились, закройте ее нажатием кнопки с крестиком в правом верхнем углу. Вокнепоявитсяпанельсвопросом:«Сохранить изменения в файле?». Нажмите кнопку Нет и вызовите программу снова. Откроется программа с последним запоминанием.

Остальныекнопкипанелиинструментовдляначинающегопользователя не нужны. Они потребуются, когда вы наберете большой опыт и почувствуете, что можете и хотите программировать.

На первом этапе рассмотрим только одну палитру математическихзнаков, ккоторойобращаетсяначинающийпользователь. Это палитра калькулятора. Остальные будем рассматривать при иллюстрации решения соответствующих задач.

Кнопка палитры калькулятора первая на панели вывода палитры математических знаков. Выдаваемые значки и действия системы MathCAD после нажатия кнопок на палитре Калькулятор при подстановке чисел приведены на рис. 8. Символ deg после числа показывает, что значение угла задано десятичными

Рис. 8. Действия системы MathCAD при нажатии кнопок палитры

Calculator

9

числами. Без этого символа подразумевается, что величина угла представлена в радианах.

3.ПРОСТЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ДЕЙСТВИЯ В MATHCAD

Для первых шагов неплохо было бы просто посчитать чтонибудь, т.е. сделать некоторое количество несложных математических вычислений. Эти вычисления могут понадобиться в большинстве дальнейших расчетов.

Хотя считается, что основные математическиеоперации всем хорошо известны еще со школы, начать работу в MathCAD лучше с них. Вообще если понимание программы MathCAD составляет проблему, то стоит потратить некоторое количество времени на ее изучение. А при изучении программы MathCAD лучше собственными руками набрать некоторое количество примеров, приведенных в данных методических указаниях. Это позволит приобрести простые навыки набора уравнений в MathCADизаоднонапомниткое-чтоиздавнозабытогошкольного курса математики.

Дляотражениянаэкраненужноговыражения,например,2+7, необходимо щелкнуть мышкой на том месте рабочего листа MathCAD, где планируется ввести данные. Потом нажать на клавиатуре клавишу с числом 2, знаком + или выбрать мышкой на палитре Калькулятор соответствующий оператор, после чегонабрать 7 и нажать =на клавиатуреили выбрать мышкой на палитре Калькулятор соответствующий значок. После этого программа MathCAD сама посчитает и выдаст нужное выражение с ответом (рис. 9):

2 + 7 = 9.

При наборе символов может вызвать затруднение само составление выражения и других математических действий.

Например, как в MathCAD набрать 14. 3

Набираем нужное число 14, нажимаем на клавиатуре клавишусозначком / или выбираем мышкой соответствующий значок / на палитре Калькулятор, после этого нажимаем = на клавиатуре или выбираем мышкой соответствующий значок на па-

10