Multisim 10在電力電子電路仿真中的應(yīng)用

【摘要】電力電子電路的計(jì)算機(jī)仿真可輔助進(jìn)行電路及其控制系統(tǒng)的分析和定量計(jì)算，具有方便、高效、靈活等一系列優(yōu)點(diǎn)。在Multisim 10仿真軟件的虛擬工作平臺(tái)中，完成了三相橋式全控整流電路的設(shè)計(jì)和仿真分析，通過(guò)實(shí)例證明了Multisim 10是進(jìn)行電力電子電路仿真的有效工具。

【關(guān)鍵詞】Multisim 10;電力電子;整流電路;仿真

Abstract：It can aid to analyze and calculate of circuit and control system by computer simulation of power electronic circuits.That has a series of merits such as convenience，high efficiency，agility and so on.Using Multisim 10 as a virtual work platform，accomplishes the design and simulation analysis of the three-phase bridge rectifier circuit.Multisim 10 is an effective tool for simulation of power electronic circuits that has been proved by the example.

Key words：Multisim 10;power electronics;rectifying-bridge circuit;simulation

1.引言

電力電子技術(shù)綜合了微電子、電路、電機(jī)學(xué)、自動(dòng)控制等多學(xué)科知識(shí)，是電能變換與控制的核心技術(shù)，在工業(yè)、能源、交通、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。而電力電子電路的計(jì)算機(jī)仿真具有十分重要的意義，不僅可以幫助初學(xué)者理解電路的工作原理和工作過(guò)程，即使對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員，計(jì)算機(jī)仿真也是對(duì)電路及其控制系統(tǒng)分析、定量計(jì)算的強(qiáng)有力工具。隨著電力電子技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，出現(xiàn)了PSPICE、SABER、MATLAB、MULTISIM、PSIM等適用于電力電子電路及系統(tǒng)仿真的軟件。這些軟件將各種功能子程序模塊化，提供了完善的部件模型，用戶(hù)只需簡(jiǎn)單的操作便可完成給定電路的仿真模型，成為廣大學(xué)生和工程技術(shù)人員在學(xué)習(xí)、科研和開(kāi)發(fā)過(guò)程中的必備工具。本文以應(yīng)用非常廣泛的Multisim 10軟件為仿真平臺(tái)，通過(guò)對(duì)三相橋式全控整流電路的仿真和分析，介紹Multisim在電力電子電路仿真中的應(yīng)用。

2.Multisim 10的功能和特點(diǎn)

Multisim 10是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于電子電路的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。Multisim 10具有以下特點(diǎn)：

（1）直觀的圖形操作界面;

（2）豐富的元器件庫(kù)，用戶(hù)可以根據(jù)需要修改元件參數(shù)或創(chuàng)建新元件，并且可以對(duì)元件設(shè)置故障，進(jìn)行故障仿真;

（3）種類(lèi)繁多的虛擬儀器;

（4）完備的分析手段，提供了交流分析、直流掃描分析、傅里葉分析、傳遞函數(shù)分析等多種分析方法;

（5）強(qiáng)大的仿真功能及互動(dòng)式的仿真界面。

3.電力電子電路仿真實(shí)例——三相橋式全控整流電路

3.1 仿真電路的設(shè)計(jì)

從Multisim 10的元器件庫(kù)中選擇三相橋式全控整流電路所用到的晶閘管、三相交流電壓源、脈沖電壓源、電阻、電感以及示波器等器件，按照整流電路結(jié)構(gòu)建立如圖1所示的仿真電路。

圖1中元器件的參數(shù)都可以通過(guò)元器件的屬性來(lái)進(jìn)行設(shè)置。電路使用寬觸發(fā)脈沖，脈沖電壓源V1至V6的脈沖寬度設(shè)置為4ms，周期設(shè)置為20ms（與三相交流電壓源的周期保持一致），延遲時(shí)間依次相差3.3333ms（ms）。三相交流電壓源V7為星形聯(lián)接，電壓幅值設(shè)置為100V，頻率設(shè)置為50Hz。電路接、的阻感負(fù)載。示波器通道A測(cè)量整流電路的輸出電壓，通道B測(cè)量晶閘管VT1的端電壓。

圖1 三相橋式全控整流電路

圖2 輸出電壓及VT1端電壓的波形（a=0o）

圖3 輸出電壓及VT1端電壓的波形（a=60o）

3.2 電路的仿真分析

（1）正常狀態(tài)仿真

在正常運(yùn)行狀態(tài)下，通過(guò)改變脈沖電壓源的延遲時(shí)間，將晶閘管的控制角a分別設(shè)置為0o和60o。運(yùn)行仿真得到整流電路的輸出電壓波形及晶閘管VT1承受的電壓波形分別如圖2和圖3所示。仿真波形與理論分析結(jié)果完全一致。

（2）故障狀態(tài)仿真

在Multisim 10中，通過(guò)設(shè)置元件的故障類(lèi)型，便可進(jìn)行電路的故障仿真。假設(shè)晶閘管VT1開(kāi)路，設(shè)置VT1的故障點(diǎn)為“陽(yáng)極A”，故障類(lèi)型為“開(kāi)路”。運(yùn)行仿真得到的波形如圖4所示。仿真波形剛好缺失VT6、VT1和VT1、VT2導(dǎo)通形成的2個(gè)連續(xù)線電壓波形。

圖4 VT1開(kāi)路時(shí)輸出電壓的波形（a=30o）

4.結(jié)論

利用Multisim 10軟件可以建立各種電力電子電路的仿真模型，具有仿真電路直觀、仿真過(guò)程快捷、仿真結(jié)果精確、操作方便靈活等優(yōu)點(diǎn)。也可利用Multisim 10軟件進(jìn)行電力電子技術(shù)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，不僅將書(shū)本中的抽象原理形象化，而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

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作者簡(jiǎn)介：孫筠（1979—），女，湖北嘉魚(yú)人，碩士，講師，主要從事自動(dòng)化教學(xué)與研究。