仿真圖形技術(shù)結(jié)合實(shí)體模型在互易電路中的應(yīng)用

鐵衛(wèi)華

摘 要：仿真圖形技術(shù)是電路開發(fā)和研制的方便平臺(tái)，文章以仿真圖形技術(shù)結(jié)合實(shí)體模型應(yīng)用于互易電路為例，對(duì)仿真圖形技術(shù)、實(shí)體模型和實(shí)際工程電路的遞進(jìn)關(guān)系作具體論述。

關(guān)鍵詞：仿真圖形技術(shù)；實(shí)體模型；互易電路；遞進(jìn)關(guān)系；結(jié)合應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN70 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(shù)的簡介

仿真圖形技術(shù)應(yīng)用于電路分析中，最早是以SPICE圖形編程仿真形式出現(xiàn)的，它大概有三個(gè)基本的特點(diǎn)，第一是用標(biāo)準(zhǔn)元件電路圖直接代替實(shí)際電路進(jìn)行仿真運(yùn)行；第二是利用類似于高級(jí)編程語言的SPICE語句，根據(jù)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(jié)果。之后在SPICE圖形編程仿真形式基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了許多不需要SPICE語句而直接利用仿真圖形輸出結(jié)果的軟件，例如Multisim、LabVIEW、Matlab的simulink系列產(chǎn)品等，這些軟件被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程電路的研發(fā)之中。

2 仿真圖形技術(shù)與實(shí)體模型的關(guān)系

仿真圖形技術(shù)類的軟件，有著直觀和便捷的對(duì)電路分析的優(yōu)點(diǎn)，研發(fā)人員進(jìn)行某一種電路開發(fā)和研制時(shí)，在對(duì)電路的各參數(shù)進(jìn)行配置和進(jìn)行電路優(yōu)化處理方面，很大程度上提高了效率。經(jīng)仿真圖形技術(shù)類的軟件測試通過的電路，當(dāng)然可以直接應(yīng)用于實(shí)際工程電路。但若將該電路先制作成實(shí)際工程電路所對(duì)應(yīng)的實(shí)體模型電路（本文簡稱實(shí)體模型），可以更好更充分的考慮實(shí)際工程可能出現(xiàn)的因地理因素、施工因素等原因?qū)﹄娐返挠绊?，進(jìn)一步提高電路的安全性和可靠性。仿真圖形技術(shù)對(duì)應(yīng)的是標(biāo)準(zhǔn)電路圖（美歐標(biāo)準(zhǔn)），而實(shí)體模型對(duì)應(yīng)的是模擬實(shí)體電路接線圖，它們之間是一種遞進(jìn)關(guān)系。

3 實(shí)體模型和實(shí)際工程電路的關(guān)系

實(shí)際工程電路是最終的標(biāo)準(zhǔn)化電路（我國國標(biāo)）產(chǎn)品，而實(shí)體模型可以看作是這種產(chǎn)品的小型化，雖是小型化，但模擬的電量參數(shù)關(guān)系是相應(yīng)的真實(shí)比例關(guān)系。因此，由實(shí)體模型到實(shí)際工程電路也是一種遞進(jìn)關(guān)系。

4 在互易電路分析中的結(jié)合

現(xiàn)以互易電路為例具體分析一下以上所述的三種遞進(jìn)關(guān)系。

4.1 互易電路的原理電路

圖1為網(wǎng)孔數(shù)為N+1個(gè)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?yàn)橥浑娫丛谶@類電路的兩個(gè)端口間單獨(dú)互換作用時(shí)，輸出效果是相同的，同一電源在電路中可以進(jìn)行位置“互易”。

在端口1、2之間加一個(gè)電壓源uS，同時(shí)將端子3和端子4連接，得到電流I34（設(shè)該電流的瞬時(shí)參考方向?yàn)橛捎覀?cè)流入Ran）；同樣，端口3、4之間加同一電壓源uS，同時(shí)將端子1和端子2連接，得到電流I12（設(shè)該電流的瞬時(shí)參考方向?yàn)橛勺髠?cè)流入Ra1），則I34=I12。

以上相等關(guān)系的證明推導(dǎo)如下：（設(shè)有效值US=U12= U34）

第一級(jí)2網(wǎng)孔二端口互易電路的結(jié)果為：

利用逐級(jí)電路遞推，可以得到3網(wǎng)孔二端口互易電路，……，N+1個(gè)網(wǎng)孔二端口互易電路的結(jié)果都是一致的。

這類電路可以作為單相供電電路的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)載電阻。二端口的左、右二個(gè)端口可以看作整個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)線或出線。

4.2 仿真圖形技術(shù)軟件在互易電路中的應(yīng)用

圖3和圖4是利用仿真圖形軟件Multisim制作的3網(wǎng)孔二端口互易電路（應(yīng)指出美歐標(biāo)準(zhǔn)的電阻或阻抗的符號(hào)與我國標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的，另外仿真電路中電源的負(fù)極或假設(shè)的瞬時(shí)負(fù)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(shè)線路供電距離不長）均設(shè)定為1Ω，兩個(gè)負(fù)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(wǎng)孔二端口互易電路的實(shí)際仿真結(jié)果是正確的。利用這個(gè)電路可以進(jìn)行實(shí)際工程電路的接線安裝了，但這樣的電路與實(shí)際工程電路還是存在差別的，以上述電路為例，實(shí)際工程中相、零線為一并敷設(shè)且相線上均裝設(shè)開關(guān)類設(shè)備，與仿真存在一定差別。

4.3 實(shí)體模型

圖2為3個(gè)網(wǎng)孔互易電路實(shí)體模型，與圖3作比較不難看出實(shí)體模型是由仿真電路遞進(jìn)形成的，具體為：負(fù)載1的開關(guān)接相線，在開關(guān)的相線進(jìn)線端處分線到負(fù)載2，第一段的相線和零線在實(shí)體模型中，刻意被畫成平行方式，目的是突出兩組線的實(shí)際工程位置是并排敷設(shè)關(guān)系；電阻Ra11表示由并排敷設(shè)進(jìn)線后相線單獨(dú)進(jìn)入開關(guān)的線路的等效電阻，對(duì)應(yīng)圖3中應(yīng)為Ra1需增加的一個(gè)小等效值；電阻Ra12表示的是從負(fù)載的開關(guān)分出的相線到第二段相線之間的線路的等效電阻。這樣經(jīng)實(shí)體模型處理后，與實(shí)際工程電路的吻合度變得更好了。若需要模擬實(shí)際工程電路的運(yùn)行情況，實(shí)體模型就更有優(yōu)勢了。例如模擬由負(fù)載1開關(guān)出線引起的斷線問題，這時(shí)可以將電阻Ra12斷開即可。

5 結(jié)束語

仿真圖形技術(shù)類的軟件為電氣工程技術(shù)人員提供了開發(fā)和研制實(shí)際工程電路的方便平臺(tái)，若在仿真圖形和實(shí)際工程電路中，加入實(shí)體模型，形成三者的遞進(jìn)關(guān)系對(duì)整個(gè)工程的完成有著有益的補(bǔ)充。

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