Multisim环境中正弦交流量相位差仿真测量研究

Multisim环境中正弦交流量相位差仿真测量研究

杨格

重庆三峡职业学院重庆404155

摘要：交流量相位差的测量是交流电路分析的难点。Multisim仿真软件环境中提供了虚拟瓦特表、虚拟示波器、测量探针等多种交流量相位差的测量方法。测量探针法操作简单，测量结果直观易得。

关键词：电工EDA相位差

在电路分析中，电压、电流相位差的测量有着很重要的意义，如电路性质的判断，功率因素的计算等。Multisim仿真软件对电路分析与设计的仿真结果准确度较高，且方便高效。在Multisim环境中提供众多虚拟测量仪器仪表，利用这些虚拟仪器仪表可采用多种测量方法测量交流电压、电流相位差。

1．用虚拟示波器和电流探针测量相位差

在Multisim仿真环境中建立如图1所示电路，其中XSC1为虚拟示波器（Oscilloscope），XCP1为电流探针（CurrentProbe）。同实体示波器一样虚拟示波器只能显示电压波形图，不能直接显示电流的波形图。通常需要显示电路电流波形时，一般用小阻值取样电阻将电路电流转换为取样电阻电压后经示波器显示其波形。因电阻元件的电压、电流同频同相，所以取样电阻电压波形与电路电流波形同频同相。在Multisim仿真软件中虚拟工具电流探针（CurrentProbe）的功能就像取样电阻一样将电路电流转换为电压，可供虚拟示波器等仪器测量使用。双击电流探针元件，在“CurrentProbeproperties”属性窗口中的“RatioofVoltagetocurrent”框中设置其“V/mA”参数，其默认值为“1V/mA”。

如图1所示仿真电路中虚拟示波器A通道显示三相电路W相电压波形，B通道经电流探针显示三相电路W相电流波形。并设置“Globalpreference（全局变量）”/“Simulation（仿真）”/“PositivePhaseShiftdirection（正相移方向）”/“⊙Shiftlest（左移）”。运行仿真电路时双击“虚拟示波器”，打开“OscilloscopeXSC1（示波器XSC1）”属性框，分别调节“Timebase/Scale（时基/比例）”为5ms/p；“ChannelA/Scale（通道A/比例）”为200V/p；“ChannelB/Scale（通道B/比例）”为1kV/p。

暂停或停止运行仿真电路，调整波形图位置如图2所示。右击窗口空白处选择“SelectaTrace/ChannelB”，即选择通道B的电流波形图。单击“时间轴2（T2）”并右击，选择“GotonextYMAX=>（移至下一个Y轴最大值）”将“时间轴2（T2）”定位于电流波形的峰值处；类似，重复以上操作将“时间轴1（T1）”定位于电压波形的峰值处，如图3所示。“时间轴（T1）”、“时间轴（T2）”所处电压、电流波形图波峰位置的时间差为。如，电压超前电流，电路呈感性；，电流超前电压，电路呈容性；，电压与电流同相，电路呈阻性；

如图2所示，经计算则有

即，三相电路的W相电路的电压超前电流，电路呈感性。

2．用测量探针测量相位差

在Multisim仿真环境中建立如图3所示电路，其中“Probe1”、“Probe2”、“Probe3”为虚拟测量工具“实时测量探针（MeasurementProbe）”。实时探针是一种快速、高效并容易测量不同节点和引脚之间的电压、电流、频率、相位及增益等电路参数的方法。实时探针包括“动态探针（Dymamicprobe）”和“放置探针（Placeprobe）”。“动态探针”在电路仿真过程中，可以将探针拖至任意电路导线上便可读出探测出的电压、频率值。但不能显示电流值。“放置探针”在仿真过程中可将多个探针放置到电路中各个需要检测点上（如图3所示），探针从仿真中测得的数据将保持稳定，直至开始另一个仿真或清除数据为止。“放置探针”除能显示“动态探针”显示的仿真数据外，还可显示电流、增益、相位等数据。探针的前头表示该检测点电流的参考方向。

单击探针属性对话框的Parameters页，可进行参数显示/隐藏的设置。如图3中所示，“Probe1”只显示交流电压的有效值（V（rms））；“Probe2”只显示相位（Phase），勾选“Usereferenceprobe”项，并选择“Probe1”，即使用参考探针“Probe1”，表示显示三相电源V相电流相对于电压的相位差；

运行仿真电路，“Probe1”探针显示数据为“V（rms）：220V”，表示该检测点电压相对于中性点（电路参考点）为220V，即三相交流电源的V相电压；“Probe2”探针显示数据为“Phase：38.1Deg”，表示该检测点相位相对“Probe1”探针为38.1°，即三相电源V相电流与电压的相位差为38.1°。由于相位差是两个同频正弦量的相位差，所以，如不使用参考探针的情况下，不能显示检测点的相位。

综上二种交流电位差测量方法可知，虚拟示波器测量相位差的方法操作复杂，结果不直观。使用测量探针测量相位差操作简、高效，结果直观易得。

参考资料：

[1]聂典，Multisim10计算机仿真，北京：电子工业出版社，2009.

【2】许自图，电子电路原理分析与仿真，北京：电子工业出版社，2007.

作者简介：杨格（1967-），男，重庆万州人，重庆三峡职业学校智能制造学院副教授，主研方向为电工电子技术。