NIMultisim11在电力电子技术教学中的应用

2011年6月第6期

电子测试

ELECTRONIC TEST

Jun.2011

No.6 NI Multisim11在电力电子技术教学中的应用

雷 跃 ， 谭永红

（柳州铁道职业技术学院 广西 柳州545007）

摘要：分析电力电子技术课程传统教学模式的缺陷。在NI Multisim11仿真软件的虚拟实验工作平台中，完成三相半波可控整流电路和正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路的设计。运用NI Multisim11仿真软件提供的虚拟仪器仪表以及傅里叶分析方法，对所设计的电路进行仿真测试和分析。这种计算机仿真设计与仿真实验同步进行的方法与传统的设计方法相比，体现了电子设计自动化方便、高效和低耗的优越性。因此，NI Multisim11仿真软件不仅是电力电子技术课程很好的教学辅助工具，也是电气工程设计人员理想的设计工具。

关键词：NI Multisim11；三相可控整流；SPWM逆变电路；傅里叶分析

中图分类号: TP391.9 文献标识码: A

Application of NI multisim 11 in power

electronics teaching

Lei Yue ，Tan Yonghong

（Liuzhou Railway Vocational Technical College, Liuzhou ,545007,China）

Abstract: This paper analyzes the drawback of traditional teaching model of power electronic course. Using NI Multisim11 simulation software as virtual experimental platform, complete the design of the three-phase half-wave controlled rectifier circuit and sinusoidal pulse width modulation (SPWM) inverter. Taking advantage of virtual instruments and Fourier analysis method provided by NI Multisim11, we do the simulation testing and analysis against the designed circuit. Compared to traditional design method, this kind of method which combines computer simulation design and simulation experiment shows the convenience and high efficiency of Electronic Design Automation (EDA). In a word, NI Multisim11 simulation software is not only a great teaching aid in power electronic course, but also an ideal design tool for electrical engineer.

Keywords: NI multisim11；three-phase half wave controllable rectifier circuit；SPWM inverter circuit；fourier analysis

0 引言

电力电子技术课程的传统教学模式为课堂理论教学+验证性实验。在理论教学中波形分析法是解释电路工作原理的传统方法，由于电路类型多,波形变化多, 学生在学习时往往感到难以理解, 从而影响学习效果和学习兴趣。而且常规的实验都仅用挂件结构或实验箱来完成，实验项目的选择面较窄，并且随着时间的推移，实验设备逐渐老化，在实际操作中容易受接触不良等因素的干扰，使实验结果与理论分析不符甚至出现异常现象。另外,有些实验在高电压、大电流、大功率下进行，具有一定的危险性。

基于电力电子技术课程教学中碰到的困难和问题，将计算机设计与仿真技术这一新的教学辅助手段引入到教学当中，能够形象直观地进行教学,有助于激发学生的

学习兴趣,并可实现“教、学、做一体”，培养学生的分析问题和解决问题的能力以及自主学习能力，启发学生的创新意识及创新思维[1]。在目前应用的计算机设计与仿真软件当中，NI Multisim11仿真软件是一款功能强大、最容易推广的工具软件。

1 NI Multisim11

2010年1月，美国国家仪器公司（NI）推出分别针对动手学习以及专业电路设计的教育版和专业版电路仿真软件Multisim11，这一简单易用的Multisim软件以图形化的方式消除了传统电路仿真的复杂性。

将NI Multisim11仿真软件引入电力电子技术教学，不仅能够替代实验室中的多种传统仪器，而且可以实现“软件就是仪器”，“一台计算机就是一个虚拟实验室”, 为教学现场营造一种真实的电路工作场景。在进入虚拟实验环境后,只需使用计算机鼠标拖动库中的功能模块并将它们连接起来，按照设计电路的要求修改各元器件的参数，建立所需的仿真电路模型进行仿真实验 [2]。

2 NI Multisim11应用实例

2.1 三相半波可控整流电路

当整流负载容量大于4kW,要求直流电压的脉动要小，或要求快速控制时，应采用对电网来说是平衡的三相整流装置。三相可控流电路的类型很多，最基本的是三相半波可控整流电路，其余类型都可看作三相半波电路以不同方式串联或并联组成[3] 。

图1所示为三相半波可控流电路，其中V1为220V，50Hz三相交流电源，VT1、VT2、VT3为晶闸管，晶闸管的驱动电路由脉冲信号源V2代替，负载为电阻RL。XSC1为四踪示波器用来观察电路的输入波形，XSC2为双踪示波器用来观察输出及晶闸管的电压波形。创建仿真电路过程如下：

（1）在桌面上双击“NI Multisim11”图标进入NI Multisim11的主窗口。

（2）在工作电路区放置元器件。从相应元器件库选取元器件，双击元器件图标便可进行相应的参数设置。

（3）连接元器件之间的导线。将鼠标移动到所需连接的器件的某一引脚上，这时鼠标指针会变成中间有实心黑点的十字型。单击鼠标后，再次移动鼠标，就会拖出一条黑虚线，将此黑虚线移动到所要连接的元件的引脚时，再次单击鼠标，这时就会将两个元器件的引脚连接起来[4]。完成仿真电路如图1所示。

图1 三相半波可控流电路 双击V2脉冲源的图标打开参数设置对话框如图2所示，Delay Time（延迟时间）设为1ms，Pulse Width（脉冲宽度）设置为3 ms，Period（周期）设置为6.68 ms。

启动NI Multisim11的仿真开关，或单击Simulate/ Run 命令，图1的电路仿真开始。分别双击示波器图标XSC1和XSC2，可得到三相半波可控整流电路输入电压波形、负载两端电压波形及晶闸管两端电压波形如图3所示。图中可看到负载两端电压波形面积的越大，输出电压越大，而电压的脉动就越小，可以通过控制晶闸管的导通角来控制输出电压的大小[5]。示波器XSC1显示的光标2与光1差值即T2-T1=10.137ms为180°的时间；示波器XSC2显示的T2-T1=6.176ms为晶闸管的导通时间，故晶闸管导通角：，则晶闸管的控制角 。在仿真实验中若要改变晶闸管的控制角 ，只要在脉冲源的参数对话框中改变选项Delay Time（延迟时间）即可。

关闭仿真开关，或再单击Simulate/Run 命令，仿真结束。

创建编辑电路、仿真分析等工作完成后，就可以将电路文件存盘。存盘的方法与其他Windows 应用软件一样，第一次保存新创建的电路文件时，默认的文件名为

°

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