Multisim2001在电力电子仿真技术中的应用

第 23 卷 第 5 期 2004 年 5 月
·计算机技术应用·
实验室研究与探 索
R ESEAR CH A N D EXP L ORA T ION IN L A BO RA T ORY
V ol. 23 N o. 5 M ay 2004
Multisim2001 在电力电子仿真技术中的应用
范爱平
图 4 用 IGBT 组成的升压型电能变换器
( 2) 对该电路进行瞬态分析, 得到输出电压波形如 图 5 所示, 进入稳态后的输入电流波形如图 6 所示。用 虚拟 万用 表测 得进 入稳态 后的 输出 电压 值为 202. 365V , 基本符合理论值: Uo= Ui / 1- D 。
图 5 电能变换器的输出电压波形
参考文献:
[ 1 ] 郑步生, 吴渭. M ult is im2001 电路设 计及仿真入门 与应用[ M ] . 北京: 电子工业出版社, 2002.
[ 2 ] 黄俊, 王兆安. 电力电子变 流技术[ M] . 北京: 机械工业 出版社, 1996.
( 1) 继承了 EWB 的系统高度集成、界面直观、操 作方便、具有数字、模拟及数模混合电路的仿真能力, 电路分析手段完备, 提供了多种输入输出接口等诸多 优点。
M ult isim 2001 将原理图创作, 电路的测试分析和 结果的图表显示全部集成到一个电路窗口中, 整个操 作界面就像一个实验工作台。在这个实验台上有元件
图 8 整流电路的输入、输出电 压波形及晶闸管阳极电流 波形
( 3) 启动 Simulation 菜单 中 的 F ourier Analysis 命令, 对该电路进行傅立叶分析。得到如图 10 所示的 幅频及相频曲线。可见, 在该电路中只出现 3、6、9 等 3 的倍数次谐波, 其他谐波均不存在, 这与理论分析是一
( 3) 提供了数字万用表、信号发生器、瓦特计、示 波器、波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、失真分析
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实 验 室 研 究 与 探 索
第 23 卷
仪等多种虚拟测试仪表, 而且所有仪表均可多台同时 调用。
( 4) 创建子电路非常方便, 而且允许把子电路当 作一个元器件使用, 从而简化了电路设计, 增大了电路 的仿真规模。比如电力电子器件都需触发信号, 图 1 就 是用一个脉冲电压源和一个 VCVS 组成的一种触发 信号源。因为常用, 把它作成了子电路, 在后面的电路 分析举例中将要用到。
图 9 整流电路的幅度频谱及相位频谱曲线
3 结论
M ult isim 2001 软件具有丰富 的器件模型库和 齐 全的分析功能, 且操作方便、简单易学, 可以方便快捷 地分析电力电子电路, 特别适用于电力电子的教学和 实验。它可使一些枯燥的电路变得有趣味, 复杂的波形 变得形象生动, 能把原来需要在实验室作的实验搬进 课堂或宿舍( 凡是有计算机的地方都可作实验) 。随着 M ult isim 软件版本的不断更新, 功能不断加强, 它将 成为电气工程设计人员和教学工作者必备的 工具软 件。
箱, 有测试仪器库, 有进行仿真分析的各种操作命令。 ( 2) 极大地扩充了元件数据库, 其中增强专业版
元件库中的元件数达 16000 种, 教育版也有 6000 种。 其中, 在 二 极管 库 中有 晶 闸 管( SCR) 、双向 晶 闸 管 ( T RIAC) ; 在三极管库中有 IGBT 、功率 M OSF ET 等 多种电力电子器件模型; 在电源库中有脉冲源、各种受 控源、分段线性源( P WL ) 及 PWL 受控源等非常丰富 的信号源, 便于实现电力电子器件所需的各种触发信 号。
图 2 基本逆变电路原理图
( 2) 启动 Simulat io n 菜单中的 T ransient Analysis 命令, 对该电路进行瞬态分析。
( 3) 在 T ransient Analy sis 对话框中, 将仿真时间 设置为 80ms, 输出变量取 VO 电压。运行仿真, 即可得
图 6 电能变换器的输入电流波形
The Application of Multisim2001 in Power Electronic Circuit Emulation
FA N A i-p ing ( College o f Co nt rol Science and Eng . , Shandong Univ. , Ji'nan 250061, China)
图 1 创建子电 路举例
( 5) 除了用 9 种常用的测试仪表对电路进行测试 之外, 还提供了直流分析、瞬态分析、傅立叶分析、参数 扫描分析、最坏情况分析、蒙特卡罗分析等 16 中常用 的电路分析方法。
2 电路分析举例
下面以分析晶闸管( SCR) 、IGBT 、功率 MOSFET 组成的基本电力电子电路为例说明 Mult isim 2001 软 件的基本功能及使用Байду номын сангаас法。
到如图 3 所示的输出波形曲线。
图 3 逆变电路输出电压波形
例 2. 用 IGBT 组成的升压型电能变换器。 分析步骤如下: ( 1) 在三极管库中调用 IGBT 及其它元器件, 编辑 好如 图 4 所 示 的 电 原 理 图。IGBT 的 触 发 信 号 选 10KHz, 占空比选 D= 50% 。
例 1. 用功率 M OSF ET 组成的基本 逆变电路 分 析。
分析步骤如下: ( 1) 在电路窗 口内, 调用功 率 M OSFET J 及所 需 的其 他元器件 编辑好如 图 2 所示 的电原理 图, 其 中 M OSF ET 的触发信号用如图 1 所示的子电路实现, 改 变 T 1、T 2 中脉冲电压源的参数, 即可改变触发时间、 触发脉宽及触发信号的幅度等。
例 3. 用晶闸管组成三相半波可控整流电路。 分析步骤如下:
第 5 期
范爱平: M ultisim 2001 在电力电子仿真技术中的应用
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( 1) 调用晶闸管及其它元器件, 编辑好如图 7 所示 的电原理图。如果只关心某点的电压波形, 可用虚拟示
波器测试。
图 7 三相半波可控整流 电路原理图
( 2) 对该电路进行瞬态分析, 得到输入、输出电压 致的。 波形及晶闸管阳极电流波形如图 8 所示。
随着电力电子技术的发展和应用, 新型功率器件 不断涌现, 各种可控整流、逆变与变频、交流调压、周波 变流及斩波调压等技术越来越成熟, 越来越精细。在数 字信息时代的 21 世纪, 对这类电路的要求也 越来越 高。器件制作和电器调试是一项十分复杂和艰苦的工 作, 成本往往十分昂贵。于是, 以计算机辅助分析与设 计为基础的电子设计自动化 EDA 应运而生, 成为现 代电力电子电路设计的关键技术之一。电力电子电路 中的主要元件是功率管, 用于分析功率电路最常用的 仿真软件是 IsSpice、Saber、M AT L AB 语言及 电力系 统工具箱等。2001 年由加拿大 IIT 公司推出的最新版 本的 M ultisim2001 软件以其丰富的与实际元件相对 应的仿真元件模型及形象直观等特点, 成为分析功率 电路的又一特色软件。
Abstract: T he pro pert y and characteristics of M ult isim 2001 were int ro duced. It s application in pow er elect ronic circuit em ulat ion w as discussed. T he sof tw are prov ides many pow er elect ronic device model s such as SCR, IGBT , P ow er M OSF ET , various sig nal sources and virt ual inst rum ent s. It pr ovides new met hods f or pow er electr onic circuit emulation. Key words: pow er elect ronic; com put er emulatio n; M ult isim 2001 so ft w are; EDA
1 Multisim2001 软件的特点
M ult isim 2001 软 件 是 由 EDA 工 具 软 件 EWB
收稿日期: 2003-04-10 作者简介: 范爱平( 1953- ) , 女, 教授, 从事电子技术教学与科研 工作。E-mail: Faiping123@ 163. com
( Elect ronics w or kbench) 发展而来的, 是 EWB 的升级 版本。M ult isim2001 软件具有以下特点:
( 山东大学 控制科学与工程学院, 济南 250061)
摘 要: 本文介绍电路分析与设计软件 M ult isim 2001 的性能及特点, 重点介绍它在电力电子电路计算 机仿真中的应用。该软件提供了晶闸管、IGBT 、功率 M OSFET 等多种电力电子器件模型、非常丰富的 信号源和多种虚拟仪器, 且绘制电路方便, 分析功能齐全, 为电力电子电路的计算机仿真提供了一种新 方法。 关键词: 电力电子; 计算机仿真; M ult isim2001; EDA 中图分类号: T P 391. 9 文献标识码: B 文章编号: 1006-7167( 2004) 05-0011-03