基于Multisim 10的励磁电流采样回路仿真与分析

沈继东+孙新志+史旭龙+叶添锌

摘 要： 励磁电流是同步发电机励磁系统的重要参数，其采样的准确与否直接影响着励磁系统的正常运行。针对励磁设备在现场调试及运行过程中出现的由于励磁变副边CT接线错误而导致的励磁电流采样错误的现象，通过Multisim 10软件的仿真功能，对励磁电流采样回路进行了仿真分析。给出励磁变副边电流互感器各种不同接线情况下励磁电流采样的电压值，为现场调试及维护人员快速做出故障判断提供了重要的参考依据。

关键词： Multisim 10； 励磁电流采样； 仿真分析； 故障判断

中图分类号： TN702.2?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）14?0096?02

0 引 言

Multisim10是美国NI（National Instruments）公司开发的EWB（Electron?ics Workbench EDA）仿真软件，该软件基于PC平台，采用图形操作界面虚拟仿真了一个与实际情况非常相似的电子电路实验工作台，它几乎可以完成在实验室进行的所有的电子电路实验，已被广泛地应用于电子电路分析、设计、仿真等项工作中，是目前世界上最为流行的EDA软件之一。它不需要真实电路环境的介入，具有仿真速度快、精度高、准确及形象等优点。通过对实际电子电路的仿真分析，对于缩短设计周期、节省设计费用和提高设计质量有重要意义[1?2]。

励磁电流是励磁系统的重要参数，主要作用包括：励磁电流显示、励磁调流调节器反馈量、过励限制器输入参数、强励功能限制参数、过励保护参数。此外还用做失磁保护判据参数。可见，励磁电流是励磁系统中的重要参数，其采样的准确性会直接影响到励磁调节器的调节、限制及保护功能的正常工作[3?4]。

利用Multisim 10软件对励磁系统的励磁电流采样回路进行了仿真，仿真分析结果与实际测试值一致。

1 励磁系统励磁电流采样回路设计

UNITROL5000励磁系统的励磁电流采样原理图[5]如图1所示。

图1 励磁电流采样回路

励磁系统装置通过安装在可控硅整流桥交流输入端（励磁变压器副边）的励磁电流互感器可以测量励磁电流。电流测量回路设计的励磁变副边CT二次侧额定电流为1 A的电流信号。励磁变副边CT的二次侧电流通过二极管整流桥整流后送到并联的取样电阻上，取样电阻根据励磁系统的额定励磁电流、励磁电流互感器的变比确定。当电流互感器CT副边的额定电流为1 A时，取样电阻电压Udc为1.5 V，励磁调节器采集该直流电压值从而计算获得实际的励磁电流值。

2 常见故障仿真模拟

利用Multisim 10软件，搭建上述励磁电流采样电路[6?7]如图2所示。

图2 励磁电流采样回路仿真图

当输入三相正弦交流电流后，利用示波器测量输出电压波形如图3所示。

图3 励磁电流采样回路输出电压波形图

可见，正常无法以常规手段获得直流电压DC的值，但是利用仿真手段很容易获取，下面分别对励磁变副边CT各种接线情况下的采样电压进行仿真，结果如下：

励磁变副边安装2只、3只CT时采样电阻R1两端电压，如表1所示。

表1 仿真结果 V

励磁变副变CT公共端接地时采样电阻R1两端电压，如表2所示。

表2 仿真结果（二） V

励磁变副变CT接入PSI板一相CT接线反向时采样电阻R1两端电压，如表3所示。

表3 仿真结果（三） V

励磁变副变CT接入PSI板两相CT接线反向时采样电阻R1两端电压，如表4所示。

表4 仿真结果（四） V

励磁变副变CT接入PSI板三相CT接线反向时采样电阻R1两端电压，如表5所示。

表5 仿真结果（五） V

3 仿真结果分析

无论励磁变副边电流互感器采用2只或3只，励磁调节器采集励磁电流大小一样；但是，考虑到有一只互感器损坏时会导致励磁系统各限制器工作不正常，建议采用3只电流互感器；当励磁变副边电流互感器采用2只CT时， CT接线不允许接地，否则励磁电流采样值偏小，为原值的0.677倍；当励磁变副边电流互感器采用2只CT时， CT接线接入到电路板有一相接反向时，励磁电流采样值增大为1.24倍，当两相全反时励磁电流大小不变；当励磁变副边电流互感器采用3只CT时，CT出线接地不影响励磁电流采样，有一相或两相CT接入到电路板反向时，励磁电流采样值增大为1.66倍，三相全反时励磁电流采样大小不变。上述检测值在实际试验过程中进行模拟，结果与仿真分析基本一致。

4 结 语

本文利用Multisim 10软件强大的仿真功能，对励系统中励磁变副边电流互感器不同接线情况下励磁调节器的励磁电流采样值的变化情况，进行仿真分析并给出各种不同情况下的采样值，为现场调试及维护人员快速做出故障判断提供了重要的参考依据。

利用Multisim 10仿真软件，不仅能对励磁电流采集回路进行仿真分析，还能对励磁系统其他采样回路及可控硅整流桥输入/输出回路进行仿真分析，可以有效降低试验成本，提高试验验速度和效率。

参考文献

[1] 向刚.基于Multisim10的电路仿真研究[J].技术纵横，2011（2）：56?57.

[2] 王莲英.基于Multisim10的电子仿真试验与设计[M].北京：北京邮电大学出版社，2013.

[3] 杨冠城.电力系统自动装置原理[M].5版.北京：中国电力出版社，2012.

[4] 竺士章.发电机励磁系统试验[M].北京：中国电力出版社，2005.

[5] ABB.UNITROL5000励磁系统用户手册[EB/OL]. [2011?11?21].http：//www.docin.com/p?291705847.html.

[6] 杨威，左月明，吴海云.基于Multisim的整流滤波电路仿真分析[J].山西农业大学学报，2012，32（3）：281?283.

[7] 蒙树森.基于Multisim 10的差分放大电路温漂分析[J].山西电子技术，2012（3）：16?17.