高 磊

(沈阳航空航天大学 北方科技学院，辽宁 沈阳110136)

在当今的科学研究与产品开发中，计算机软件发挥着越来越重要的作用。各种仿真软件的广泛使用大大地缩短了产品研发周期、降低了研发成本、提高了研发效率。在学校教学方面，仿真软件其形象生动的教学实验形式，显著地改善了教学效果，提高了教学质量。Multisim是美国NI公司设计的一款优秀的电路电器仿真软件，其中的元器件丰富，界面操作简便，学习入门时间短、容易掌握，颇受工程师和学生们的欢迎。但该软件的变压器参数含义不甚清楚，如何设置一直困扰着使用者，是棘手问题。由于软件本身提供的资料不够详细，网上的信息也很少，这在一定程度上影响了该软件的应用。针对这种情况，本文结合变压器工作原理和方程，通过虚拟仿真实验，给出了软件中变压器参数的含义及与绕组自感互感的关系，较为圆满地解决了这一问题。本文讨论的变压器参数属于版本V9，基本也适用于V10和V11。

1 参数分析与测试

Multisim变压器分为电源、音频和高频变压器等若干类型，但无论是哪一种类型，其参数只有两组形式。

1.1 第1组

参数如下：

符号的含义是：第1列为参数的符号，第2与第3列是引脚，第4列为参数值。对应的等效电路如图1所示。

图1 第1组参数对应的等效电路

图1中，1、2、3、8和 5脚为变压器的外部引脚，其余端子可看成是内部引脚。变压器T1为全耦合、无电阻、无漏感的理想变压器。设1～2端为第一绕组，3～8端为第二绕组，5～8端为第三绕组。第一绕组参数有：Rp为直流电阻，Le为漏感，自感 L1等于Le+Lm。Rs1和 Rs2分别是第二绕组和第三绕组的直流电阻。各绕组交流电压关系如下，其中u27表示2～7端的交流电压，依次类推：

在第二绕组和第三绕组中有2个直流电压设置，第二绕组的直流电压等于V2-V1，第三绕组的直流电压等于V2，两个直流电压对交流没有影响，一般都取0 V。第二和第三绕组的自感L2和L3与Lm、E1、E2、F1和F2有关：

有了上面的关系以及下面的三绕组变压器方程组[1-3]，再通过虚拟测量就可求得各绕组的自感LX和互感MXX。

方程组中 u1、u2和 u3，i1、i2和 i3分别是第一、第二和第三绕组的交流电压和电流。为了求得互感MXX，设Rp、Rs2 和 Rs1 均为零，则方程组(5)～(7)的 R1、R2 和 R3也都为零；再设漏感 Le=0，则L1=Lm。虚拟测量的方法是在变压器的第一绕组加交流电压，串接电流表测i1，在第二绕组和第三绕组分别测量交流电压u2和u3，即如图2所示。因 i2和 i3为零，则根据式(5)～(7)有：

图2 虚拟测量方法电路图

再根据式（3）、式（4）求得 L2和 L3。同理，分别把变压器的第二绕组和第三绕组作为输入端，加交流电压，测输入电流，在其他绕组端测电压，则可以求得M12、M32、M13和 M23。 例如，根据所给第一组变压器参数 Lm、E1、E2、F1和F2，计算各绕组自感和互感数据如表1所示。

1.2 第2组

Multisim变压器第2组参数相对比较简单，其等效电路可看成图3所示的电路形式，参数及意义如下：

表1 计算各绕组自感和互感

互感系数与相关的两个绕组的自感和互感关系如下：

图3 第2组参数对应的等效电路

2 应用实例

在实际应用中选哪一组参数的变压器好，这要视对偶互感（如 M12与 M21，M23与 M32，M13与 M31为对偶互感）的要求来决定。对偶互感的设置可以相等也可以不相等。如果仿真时希望对偶互感不相等，则只能采用第1组参数，选择第2组参数将使对偶互感自动相等。如果选第1组参数的 F1与 F2相等，结果会使 L2、M12和 M32等于零，进而使第二绕组对第一绕组和第三绕组的反作用消失，这与真实的变压器是不相符的。如果不想使用第2绕组，也可以选F1与F2相等或使3端悬空。

例如设计一个单调谐放大器[4-6]，中心频率为465 kHz。之前，由于不清楚中周变压器参数如何设置，很多人往往用电感代替中周变压器作为三极管的负载[7-8]，如图4的L1。这样做使得放大器的带宽很宽 (经测定约为1 MHz)，选择性很差且带宽不能缩小,不符合实际应用。

若选TS_PQ4系列变压器作为三极管的负载，如图5中的T1，且按照下面的数据修改 L1、L2和L3，其余参数不变：

图4 电感作为三极管负载

图5 TS_PQ4系列变压器作为三极管负载

选择两侧的接入系数均为0.25，则修改后的放大器带宽约为61 kHz，与图4相比带宽大幅减小且容易调整，选择性显著提高。这里的关键是如何设置L1、L2和L3。为了保证中心频率为465 kHz，变压器3～4端的总电感L34仍取560 μH。因绕组电压比与绕组电感有如下关系：

所以：

同理：

并且满足了关系：

如果选用另一组参数的电源变压器（连接与图5相同），并且设置如下：

L1=Lm，由式(3)、式(4)计算得 L2=315 μH，L3=35 μH，与前一组参数的电感值相同。经测量，带宽也接近61 kHz。

该实例验证了Multisim变压器参数设置的正确性，也说明了本文对Multisim变压器模型的假设及参数意义的分析是准确的。Multisim电源变压器经适当设置也可用作高频变压器，这似乎与类型无关。本文只分析了大部分参数的意义，对直流电压V1和V2的作用还不十分清楚(好在V1和V2在后来的版本中已经取消)。本文讨论的内容只限于Multisim线性变压器。

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