基于Multisim 10的勵磁電流采樣回路仿真與分析

沈繼東+孫新志+史旭龍+葉添鋅

摘 要： 勵磁電流是同步發電機勵磁系統的重要參數，其采樣的準確與否直接影響著勵磁系統的正常運行。針對勵磁設備在現場調試及運行過程中出現的由于勵磁變副邊CT接線錯誤而導致的勵磁電流采樣錯誤的現象，通過Multisim 10軟件的仿真功能，對勵磁電流采樣回路進行了仿真分析。給出勵磁變副邊電流互感器各種不同接線情況下勵磁電流采樣的電壓值，為現場調試及維護人員快速做出故障判斷提供了重要的參考依據。

關鍵詞： Multisim 10； 勵磁電流采樣； 仿真分析； 故障判斷

中圖分類號： TN702.2?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）14?0096?02

0 引 言

Multisim10是美國NI（National Instruments）公司開發的EWB（Electron?ics Workbench EDA）仿真軟件，該軟件基于PC平臺，采用圖形操作界面虛擬仿真了一個與實際情況非常相似的電子電路實驗工作臺，它幾乎可以完成在實驗室進行的所有的電子電路實驗，已被廣泛地應用于電子電路分析、設計、仿真等項工作中，是目前世界上最為流行的EDA軟件之一。它不需要真實電路環境的介入，具有仿真速度快、精度高、準確及形象等優點。通過對實際電子電路的仿真分析，對于縮短設計周期、節省設計費用和提高設計質量有重要意義[1?2]。

勵磁電流是勵磁系統的重要參數，主要作用包括：勵磁電流顯示、勵磁調流調節器反饋量、過勵限制器輸入參數、強勵功能限制參數、過勵保護參數。此外還用做失磁保護判據參數?？梢?，勵磁電流是勵磁系統中的重要參數，其采樣的準確性會直接影響到勵磁調節器的調節、限制及保護功能的正常工作[3?4]。

利用Multisim 10軟件對勵磁系統的勵磁電流采樣回路進行了仿真，仿真分析結果與實際測試值一致。

1 勵磁系統勵磁電流采樣回路設計

UNITROL5000勵磁系統的勵磁電流采樣原理圖[5]如圖1所示。

圖1 勵磁電流采樣回路

勵磁系統裝置通過安裝在可控硅整流橋交流輸入端（勵磁變壓器副邊）的勵磁電流互感器可以測量勵磁電流。電流測量回路設計的勵磁變副邊CT二次側額定電流為1 A的電流信號。勵磁變副邊CT的二次側電流通過二極管整流橋整流后送到并聯的取樣電阻上，取樣電阻根據勵磁系統的額定勵磁電流、勵磁電流互感器的變比確定。當電流互感器CT副邊的額定電流為1 A時，取樣電阻電壓Udc為1.5 V，勵磁調節器采集該直流電壓值從而計算獲得實際的勵磁電流值。

2 常見故障仿真模擬

利用Multisim 10軟件，搭建上述勵磁電流采樣電路[6?7]如圖2所示。

圖2 勵磁電流采樣回路仿真圖

當輸入三相正弦交流電流后，利用示波器測量輸出電壓波形如圖3所示。

圖3 勵磁電流采樣回路輸出電壓波形圖

可見，正常無法以常規手段獲得直流電壓DC的值，但是利用仿真手段很容易獲取，下面分別對勵磁變副邊CT各種接線情況下的采樣電壓進行仿真，結果如下：

勵磁變副邊安裝2只、3只CT時采樣電阻R1兩端電壓，如表1所示。

表1 仿真結果 V

勵磁變副變CT公共端接地時采樣電阻R1兩端電壓，如表2所示。

表2 仿真結果（二） V

勵磁變副變CT接入PSI板一相CT接線反向時采樣電阻R1兩端電壓，如表3所示。

表3 仿真結果（三） V

勵磁變副變CT接入PSI板兩相CT接線反向時采樣電阻R1兩端電壓，如表4所示。

表4 仿真結果（四） V

勵磁變副變CT接入PSI板三相CT接線反向時采樣電阻R1兩端電壓，如表5所示。

表5 仿真結果（五） V

3 仿真結果分析

無論勵磁變副邊電流互感器采用2只或3只，勵磁調節器采集勵磁電流大小一樣；但是，考慮到有一只互感器損壞時會導致勵磁系統各限制器工作不正常，建議采用3只電流互感器；當勵磁變副邊電流互感器采用2只CT時， CT接線不允許接地，否則勵磁電流采樣值偏小，為原值的0.677倍；當勵磁變副邊電流互感器采用2只CT時， CT接線接入到電路板有一相接反向時，勵磁電流采樣值增大為1.24倍，當兩相全反時勵磁電流大小不變；當勵磁變副邊電流互感器采用3只CT時，CT出線接地不影響勵磁電流采樣，有一相或兩相CT接入到電路板反向時，勵磁電流采樣值增大為1.66倍，三相全反時勵磁電流采樣大小不變。上述檢測值在實際試驗過程中進行模擬，結果與仿真分析基本一致。

4 結 語

本文利用Multisim 10軟件強大的仿真功能，對勵系統中勵磁變副邊電流互感器不同接線情況下勵磁調節器的勵磁電流采樣值的變化情況，進行仿真分析并給出各種不同情況下的采樣值，為現場調試及維護人員快速做出故障判斷提供了重要的參考依據。

利用Multisim 10仿真軟件，不僅能對勵磁電流采集回路進行仿真分析，還能對勵磁系統其他采樣回路及可控硅整流橋輸入/輸出回路進行仿真分析，可以有效降低試驗成本，提高試驗驗速度和效率。

參考文獻

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[4] 竺士章.發電機勵磁系統試驗[M].北京：中國電力出版社，2005.

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