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电力电子电路优化设计研究

摘要:科学技术水平的提高,使诸多电力电子设备被应用于各个领域当中,极大推动了各个领域的发展。由于电力电子电路的设计非常复杂,设计周期往往较长,对电力电子电路的参数修改较为麻烦等缺陷,致使电力电子电路的设计产品在精度与可靠性方面受到很大影响。对电力电子电路的I波形与V波形进行波形分析,能够为电力电子电路的优化设计提供科学的指导,但由于其I波形与V波形较为复杂,这使波形分析面临着很大的困难。因此必须采取相应的措施来予以改进,而Multisim技术的出现为电力电子电路的优化设计提供了全新的方向。为此,本文便基于Multisim技术对电力电子电路的相关优化设计方法进行深入的研究与探讨。

关键词:Multisim技术;电力电子电路;优化设计

在电力电子电路设计中,波形分析法是一种非常重要的分析方法,利用波形分析法能够使人们对电路的工作原理及设计方法进行深入理解,并能够为电力电子电路的设计提供科学的依据。波形分析法需要对电力电子电路中的相关部件在电压与电流经过时所产生的波形进行准确画出,设计人员能够根据波形图来对电力电子电路中的相关部件的电压、电流承受上限及各项参数进行计算,以此明确这些元器件的电压定额与电流定额。因此,波形分析法的关键在于是否能够对电压电流波形进行准确画出。不过,在某种特殊情况下,特别是电路处于临界状态时,波形分析法难以对波形进行准确画出,而这就需要利用试验的方式来对电压波形进行确定,但在试验过程中,实验环境与成本的影响会给波形的测定带来很大困难,这不利于电力电子电路的优化设计。而计算机信息技术的发展使众多功能强大的应用软件有了用武之地,特别是Multisim软件的应用,对电力电子电路的优化设计有着极为明显的优势。

1Multisim技术概述

Multisim技术是以计算机为载体而研发的一种虚拟软件技术,它能够弥补传统的电力电子电路设计过程中存在的缺陷,极大程度的提高了电力电子电路设计的科学性与可靠性。采用Multisim软件能够对电力电子电路的功能进行仿真模拟,并为电力电子电路的设计提供了良好的集成化设计环境,使电力电子电路的设计、仿真分析、功能测试等相关工作得以顺利开展。在Multisim软件中包含多达数千个器件模型与虚拟元器件,并且包含了大量的虚拟电子设备,对这些电子设备的操作与设计就仿佛是在真实环境中进行设计一样,进而为设计人员提供了非常全面的分析工具,除此之外,它还能够对设计好的电力电子电路电路进行仿真设计分析,从而有效突破了实验室的客观局限性。

2基于Multisim技术的电力电子电路的优化设计思路

设计人员在使用Multisim软件对电力电子电路进行优化设计时,其设计思路共分为以下几个步骤,首先,按照用户的需求及相关设计要求,并结合电路的基本工作原理,以此画出相应的电路原理图,对于由大量电路组成的复杂系统来说,应将系统按照分层电路与子电路的方法来画出该系统的原理框图。其次,在Multisim软件的元件库中找出能够满足设计要求的相关元器件,然后切换到电路窗口中对画出的电路原理图进行构建,并对相关元器件的尺寸及参数进行设置与调整。再次,将需要对电路进行测试的相关仪器进行添加,并在软件中对构建好的仿真电路进行运行,在电路运行过程中,设计人员要对电路的仿真测试结果进行全过程的监测与观察。最后,切换到Multisim软件的分析窗口,对相应的分析方法进行选择,然后将该分析方法应用到仿真测试结果的分析处理工作当中去,以此实现对设计的电路进行客观准确的性能分析与评估。采用Multisim软件来对设计的电力电子电路进行仿真设计,不仅操作较为简单,而且不需要进行大量的编程操作,它能够对电路的物理现象及概念进行直观的反映,既能够对电路的构造进行仿真构建,又能够实现系统的分层电路与子电路的仿真构建,从而组建出功能多种多样的仿真系统。此外,设计人员还能够对电路中的相关元件参数进行随时修改,从而使设计人员能够对电力电子电路在输入输出信号时所产生的波形、失真情况、频谱特性、频域等现象进行观察与分析,进而找出最佳的电力电子电路优化设计方法。由此可见,基于Multisim技术的仿真设计和传统的实验室设计相比,在系统性、科学性、综合性上要远远优于实验室设计,这也使其更能有效适用于电路级的仿真设计工作。

3基于Multisim技术的电力电子电路的优化设计实例分析

为了对基于Multisim技术的电力电子电路的优化设计的可行性及准确性进行验证,本文以Buck直流降压变换器作为实例来进行分析,设计要求规定该直流降压变换器的电路输入电压为50伏,输出电压为30伏,波动幅度为±100mV,工作频率为30千赫兹,负载功率在20W至200W之间,工作状态为CCM。设计过程如下,首先在Multimis软件元件库中对元器件进行选择,然后切换至电路工作区将Buck降压变换器的电路基本原理图画出,并将脉冲源占空比设置成0.6,之后对设计的电路及其参数设置情况进行检查,然后利用Multimis软件对该电路进行仿真测试,通过仿真测试能够使设计人员对变换器电路中的各个点所产生的波形进行直观的观察,然后根据观察结果,结合设计要求对该变换器的电路滤波电容量及储能电感量进行相应的调整,使其能够达到1,然后对电流在临界状态下的连续时进行设定,查看其是否满足要求,并根据波形图对开关元件及续流二极管的滤波电容量与储能电感量进行计算,最终仿真测试获得该变换器处于CCM状态时,其临界电感量是0.2mH,能够满足设定的电流临界连续时要求,其最小滤波电容量值为55.6μF,将仿真测试获得的验证值与理论值的最大误差仅为2.3%。在Buck直流降压变换器设计中,对于三相半波有波逆变失败后所产生的波形是不能通过实验的方式来测得的,因此只能通过理论分析方法进行计算获得,而通过Multisim软件能够使该波形更加直观、方便的获得。

4结语

基于Multisim技术的电力电子电路的优化设计不仅避免了复杂繁琐的公式推导,也使电力电子电路的设计流程大大简化,极大程度的提高了电力电子电路的设计水平,使设计人员对电力电子电路的设计更有依据,突破了传统的实验室限制,加强了理论与实践的紧密结合。

参考文献

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作者:刘丽平 单位:南京机电职业技术学院

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