仿真圖形技術結合實體模型在互易電路中的應用

鐵衛華

摘 要：仿真圖形技術是電路開發和研制的方便平臺，文章以仿真圖形技術結合實體模型應用于互易電路為例，對仿真圖形技術、實體模型和實際工程電路的遞進關系作具體論述。

關鍵詞：仿真圖形技術；實體模型；互易電路；遞進關系；結合應用

中圖分類號：TN70 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）21-0143-02

Abstract： Simulation graphics technology is a convenient platform for circuit development and development. Taking the application of simulation graphics technology combined with solid model in reciprocal circuit as an example， the progressive relationship between simulation graphics technology， entity model and practical engineering circuit is discussed in detail.

Keywords： simulation graphics technology； entity model； reciprocity circuit； progressive relationship； combined application

1 仿真圖形技術的簡介

仿真圖形技術應用于電路分析中，最早是以SPICE圖形編程仿真形式出現的，它大概有三個基本的特點，第一是用標準元件電路圖直接代替實際電路進行仿真運行；第二是利用類似于高級編程語言的SPICE語句，根據用戶要求編寫過程程序語句；第三是利用軟件類圖形輸出器，輸出用戶想要得到的電路中各物理量的波形結果。之后在SPICE圖形編程仿真形式基礎上，出現了許多不需要SPICE語句而直接利用仿真圖形輸出結果的軟件，例如Multisim、LabVIEW、Matlab的simulink系列產品等，這些軟件被廣泛應用于實際工程電路的研發之中。

2 仿真圖形技術與實體模型的關系

仿真圖形技術類的軟件，有著直觀和便捷的對電路分析的優點，研發人員進行某一種電路開發和研制時，在對電路的各參數進行配置和進行電路優化處理方面，很大程度上提高了效率。經仿真圖形技術類的軟件測試通過的電路，當然可以直接應用于實際工程電路。但若將該電路先制作成實際工程電路所對應的實體模型電路（本文簡稱實體模型），可以更好更充分的考慮實際工程可能出現的因地理因素、施工因素等原因對電路的影響，進一步提高電路的安全性和可靠性。仿真圖形技術對應的是標準電路圖（美歐標準），而實體模型對應的是模擬實體電路接線圖，它們之間是一種遞進關系。

3 實體模型和實際工程電路的關系

實際工程電路是最終的標準化電路（我國國標）產品，而實體模型可以看作是這種產品的小型化，雖是小型化，但模擬的電量參數關系是相應的真實比例關系。因此，由實體模型到實際工程電路也是一種遞進關系。

4 在互易電路分析中的結合

現以互易電路為例具體分析一下以上所述的三種遞進關系。

4.1 互易電路的原理電路

圖1為網孔數為N+1個的二端口互易電路，這類型的電路之所被稱為“互易電路”是因為同一電源在這類電路的兩個端口間單獨互換作用時，輸出效果是相同的，同一電源在電路中可以進行位置“互易”。

在端口1、2之間加一個電壓源uS，同時將端子3和端子4連接，得到電流I34（設該電流的瞬時參考方向為由右側流入Ran）；同樣，端口3、4之間加同一電壓源uS，同時將端子1和端子2連接，得到電流I12（設該電流的瞬時參考方向為由左側流入Ra1），則I34=I12。

以上相等關系的證明推導如下：（設有效值US=U12= U34）

第一級2網孔二端口互易電路的結果為：

利用逐級電路遞推，可以得到3網孔二端口互易電路，……，N+1個網孔二端口互易電路的結果都是一致的。

這類電路可以作為單相供電電路的標準電路，其中的Ra1+Ra2+……+Ran可看作相線的等效電阻（或阻抗），Rb1+ Rb2+……+ Rbn可看作零線的等效電阻（或阻抗），而Ra1、Ra2、……、Ran則可表示所接的各等效負載電阻。二端口的左、右二個端口可以看作整個電路網絡系統的進線或出線。

4.2 仿真圖形技術軟件在互易電路中的應用

圖3和圖4是利用仿真圖形軟件Multisim制作的3網孔二端口互易電路（應指出美歐標準的電阻或阻抗的符號與我國標準是不一樣的，另外仿真電路中電源的負極或假設的瞬時負極均要求作接地處理），其中電壓源為220V單相交流電，線路每段的等效電阻（假設線路供電距離不長）均設定為1Ω，兩個負載分別為100Ω和300Ω。圖3中交流電流表輸出的電流為I34，其值即36.025A；圖4中交流電流表輸出的電流為I12，其值也為36.025A。說明3網孔二端口互易電路的實際仿真結果是正確的。利用這個電路可以進行實際工程電路的接線安裝了，但這樣的電路與實際工程電路還是存在差別的，以上述電路為例，實際工程中相、零線為一并敷設且相線上均裝設開關類設備，與仿真存在一定差別。

4.3 實體模型

圖2為3個網孔互易電路實體模型，與圖3作比較不難看出實體模型是由仿真電路遞進形成的，具體為：負載1的開關接相線，在開關的相線進線端處分線到負載2，第一段的相線和零線在實體模型中，刻意被畫成平行方式，目的是突出兩組線的實際工程位置是并排敷設關系；電阻Ra11表示由并排敷設進線后相線單獨進入開關的線路的等效電阻，對應圖3中應為Ra1需增加的一個小等效值；電阻Ra12表示的是從負載的開關分出的相線到第二段相線之間的線路的等效電阻。這樣經實體模型處理后，與實際工程電路的吻合度變得更好了。若需要模擬實際工程電路的運行情況，實體模型就更有優勢了。例如模擬由負載1開關出線引起的斷線問題，這時可以將電阻Ra12斷開即可。

5 結束語

仿真圖形技術類的軟件為電氣工程技術人員提供了開發和研制實際工程電路的方便平臺，若在仿真圖形和實際工程電路中，加入實體模型，形成三者的遞進關系對整個工程的完成有著有益的補充。

參考文獻：

[1]齊曉冰，張雷.電路仿真技術概述[J].價值工程，2018（17）.

[2]梁麗.函數發生器的仿真設計與電路實現[J].測控技術，2019（01）.

[3]盧美久.電子應用開發中電子電路仿真技術的作用分析[J].電子測試，2018

（16）.

[4]陳奕璇.電路設計的仿真研究方法[J].科學技術創新，2018（36）.