Multisim (мультисим) — моделирование в среде программы, обзор компонентов и приборов

multisim (мультисим) - обзор программы, пример работы

Multisim (мультисим) — это уникальный интерактивный эмулятор, позволяющий моделировать и тестировать электрические схемы в одной среде разработки с использованием виртуальных приборов. При помощи данной программы можно облегчить понимание основ электротехники и углубить свои знания в проектировании схем.

Компонентная база программы состоит из огромного количества элементов. Разнообразие подключаемых к схеме виртуальных приборов Multisim позволяет быстро увидеть результат с помощью имитации реальных событий.
А специальные интерактивные элементы (переключатели, потенциометры) позволяют в режиме реального времени производить изменения элемента с одновременным отражением этого в имитации.

В данном обзоре мы постараемся рассмотреть основные особенности программы мультисим и приемы работы в ней на конкретном примере.

Интерфейс Multisim. Настройка программы под себя

Начать знакомство с программой мультисим стоит с интерфейса. Он состоит из нескольких основных элементов, часть которых можно скрыть или заменить с учетом личных предпочтений и конкретных целей.

Выделим элементы пользовательского интерфейса, которые вы увидите при запуске программы Multisim:

интерфейс Multisim
1 Строка меню (главное меню) позволяет выбирать команды для всех функций.
2 Панель разработки позволяет управлять различными элементами схемы. Ее можно скрыть, а для открытия в дальнейшем необходимо во вкладке «Вид» главного меню поставить галочку напротив пункта «Панель разработки».
3 Панель инструментов состоит из кнопок для быстрого доступа к командам и элементам меню. Данную панель можно настроить под себя путем добавления нужного функционала и скрытием ненужного. Данный элемент интерфейса программы мультисим мы далее рассмотрим подробнее.
4 Окно редактирования (рабочая область).
5 Приборная панель состоит из набора кнопок для доступа к моделям контрольно-измерительных приборов. Данную панель при желании можно скрыть либо переместить в область панели инструментов.

Теперь рассмотрим несколько приемов преобразования интерфейса, которые возможно вам пригодятся. И в первую очередь скроем панель разработки. Включить ее можно в любое время, но пока, убрав ее мы увеличим рабочую область. Сразу же можно убрать и сетку из меню вкладки «Вид»:

интерфейс Multisim

Помимо сетки из данного меню можно включить координатные полосы, граничные линии, координатные поля. Также здесь можно настроить панель инструментов добавлением или удалением блоков.

Далее перейдем в пункт главного меню «Установки». В раскрывшемся списке переходим в «Схемные установки»:

интерфейс Multisim

Здесь во вкладке «Схема» можно настроить цветовую схему рабочего поля. В данном случае мы выбрали черное поле. Имеется также возможность сделать индивидуальную схему. Во вкладке Рабочее поле настраиваются параметры (размер) листа.

Завершая настройку интерфейса Multisim можно зайти в пункт главного меню «Установки» и в раскрывшемся списке перейти в пункт «Модифицировать интерфейс». Во вкладке «Дополнительно» выставив галочку напротив «Большие значки» вы получите следующее отображение:

интерфейс Multisim

Использование больших значков делает навигацию в программе на больших мониторах более удобной.

Элементы (компоненты) схемы в программе мультисим

Компоненты – это основа любой схемы. Программа Multisim работает с двумя категориями компонентов: реальными (real) и виртуальными (virtual).

У реальных компонентов, в отличие от виртуальных есть определенное, неизменяемое значение и свое соответствие на печатной плате. Виртуальные компоненты нужны только для эмуляции, пользователь может назначить им произвольные параметры. Например, сопротивление виртуального резистора может быть произвольным, даже 3,86654 Ома.

В мультисим есть и другая классификация компонентов: аналоговые, цифровые, смешанные, анимированные, интерактивные, цифровые с мультивыбором, электромеханические и радиочастотные.

Добавим в панель инструментов виртуальные компоненты. Для этого можно воспользоваться пунктом главного меню «Вид» — «Панель инструментов» — «Виртуальные». То же самое действие можно выполнить наведя курсор мыши на область панели инструментов и нажав правую клавишу:

элементы (компоненты) схемы в программе мультисим

Теперь более подробно рассмотрим, с какими конкретно компонентами мы можем работать в среде программы Multisim. Начнем с реальных:

элементы (компоненты) схемы в программе мультисим
1 Источники. Данная группа содержит все источники напряжения и тока, заземления. Например, power sources (источники постоянного, переменного напряжения, заземление, беспроводные соединения — VCC, VDD, VSS, VEE), signal voltage sources (источники прямоугольных импульсов, источник сигнала через определенные промежутки времени), signal current sources (постоянные, переменные источники тока, источники прямоугольных импульсов).
2 Пассивные компоненты. Данная группа содержит основные элементы схемотехники: резисторы, индуктивные элементы, емкостные элементы, ключи, трансформаторы, реле, коннекторы.
3 Диоды. Здесь представлены различные виды диодов: фотодиоды, диоды Шоттки, светодиоды.
4 Транзисторы. Данная группа содержит различные виды транзисторов: pnp-, npn- транзисторы, биполярные транзисторы, МОП-транзисторы, КМОП транзисторы.
5 Аналоговые компоненты. Группа содержит все виды усилителей: операционные, дифференциальные, инвертирующие.
6 Логические микросхемы TTL. Группа содержит элементы транзисторно-транзисторной логики.
7 Логические микросхемы CMOS. Здесь содержатся элементы КМОП-логики.
8 Цифровые микросхемы. Группа содержит различные цифровые устройства.
9 Аналого-цифровые компоненты. Группа содержит комбинированные компоненты.
10 Индикаторы. Здесь представлены измерительные приборы(вольтметры, амперметры), лампы.
11 Компоненты питания.
12 Смешанные компоненты.
13 Периферийные устройства. Группа содержит подключаемые внешние устройства (дисплеи, терминалы, клавишные поля).
14 ВЧ-компоненты.
15 Электро-механические компоненты.
16 Микроконтроллеры.

Виртуальные компоненты программы мультисим состоят из следующих групп:

элементы (компоненты) схемы в программе мультисим
1 Аналоговые компоненты.
2 Пассивные компоненты.
3 Диоды.
4 Транзисторы.
5 Измерительные приборы.
6 Аналого-цифровые компоненты.
7 Источники питания.
8 Компоненты с ограничениями.
9 Источники сигналов.

Некоторые элементы схемы Multisim могут реагировать на действия пользователя. Изменение этих элементов сразу отражается на результатах эмулирования. Компоненты управляются с помощью клавиш, указанных под каждым элементом.

элементы (компоненты) схемы в программе мультисим

Горячую клавишу можно изменить сделав двойной щелчок мыши по компоненту. Откроется окно, в меню которого можно выбрать нужную клавишу.

Контрольно-измерительные приборы в программе Multisim

Программа мультисим имеет большое количество контрольно-измерительных приборов для анализа схем. Перечислим их:

элементы (компоненты) схемы в программе мультисим 1) Мультиметр
2) Функциональный генератор
3) Ваттметр
4) Осциллограф
5) 4-х канальный осциллограф
6) Плоттер Боде
7) Частотомер
8) Генератор слов
9) Логический анализатор
10) Логический преобразователь
11) Характериограф
12) Измеритель нелинейных искажений
13) Анализатор спектра
14) Панорамный анализатор
15) Функциональный генератор Agilent
16) Мультиметр Agilent
17) Осциллограф Agilent
18) Осциллограф Tektronix
19) Использование измерительного пробника
20) Приборы LabVIEW
21) Установка бесконтактного преобразователя ток-напряжение

Работа в программе мультисим

В качестве примера проанализируем включение асинхронного двигателя звездой или треугольником.

подключение двигателя звездой или треугольником

Прежде чем начинать работу в программе Multisim, определимся, какие компоненты и измерительные приборы нам понадобятся, добавим их в схему и соединим между собой:

В первую очередь нужен источник питания — трехфазный генератор. Так как для звезды и треугольника при подключении электродвигателя нужны разные линейные напряжения, добавим в схему два генератора. Для линейного напряжения 380 Вольт зададим в настройках генератора фазное напряжение 220 Вольт. Для линейного 220 Вольт — зададим фазное 127 Вольт. работа в программе мультисим
Для переключения между генераторами потребуется переключатель. Зададим для переключения режимов клавишу «1». работа в программе мультисим
Далее нам нужно каким то образом добавить двигатель в схему. Известно, что в нем три обмотки. Каждая обмотка имеет сопротивление. То есть обмотки можно заменить резисторами. Но нужно определиться с сопротивлением обмоток. Сопротивление находится по следующей формуле R = U/I. Какое брать напряжение и силу тока? Если смотреть данные для треугольника, берем напряжение 220 В, а силу тока 8,3 А делим на √3. Если смотреть данные звезды, то напряжение 380 В делим на √3, а силу тока берем 4,8 А. Получаем R = 220/4,8 ≈ 45,8 Ом. работа в программе мультисим
Для переключений обмоток двигателя в звезду или треугольник потребуется переключатель. Зададим для переключения режимов клавишу «2». работа в программе мультисим
В схему будут добавлены амперметры и вольтметры. По умолчанию они настроены под постоянный ток. В настройках нужно выставить для переменного тока «AC». работа в программе мультисим
Для измерения мощности воспользуемся Ваттметром. работа в программе мультисим
И самое главное — заземление. Без него ни одна схема не запустится. работа в программе мультисим

Выполнив все шаги можно включить моделирование (тумблер в верхнем правом углу) и проанализировать схему, опираясь на данные измерительных приборов.

Рассмотрим четыре ситуации. Первая — источник питания выдает линейное напряжение 220 Вольт, а двигатель соединен по схеме треугольник:

работа в программе мультисим

Вторая — источник питания выдает линейное напряжение 220 Вольт, а двигатель соединен по схеме звезда:

работа в программе мультисим

Третья — источник питания выдает линейное напряжение 380 Вольт, а двигатель соединен по схеме треугольник:

работа в программе мультисим

Четвертая — источник питания выдает линейное напряжение 380 Вольт, а двигатель соединен по схеме звезда:

работа в программе мультисим

Полученные из программы мультисим данные позволяют проанализировать значение мощности при различных способах подключения двигателя и при различных линейных напряжениях источника питания.

Как видно из моделирования Multisim при пересоединении электродвигателя с треугольника в звезду и питании его от той же электросети мощность, развиваемая электродвигателем, снижается в 3 раза. И наоборот, если электродвигатель переключить со звезды в треугольник, мощность резко возрастает, но при этом электродвигатель, если он не предназначен для работы при данном напряжении и соединении в треугольник, быстро выйдет из строя. Для того чтобы добиться одинаковой мощности, линейное напряжение при подключении звездой должно быть в √3 раз больше линейного напряжения, рассчитанного для треугольника, что и указывается в паспортных данных электродвигателя.

Завершая обзор программы мультисим выделим общие правила моделирования:

  • Любая схема должна обязательно содержать хотя бы один символ заземления.
  • Любые два конца проводника либо контакта устройства, встречающихся в точке, всегда считаются соединенными. При соединении трех концов (Т-соединение) необходимо использовать символ соединения (узел). Те же правила применяются при соединении четырех и более контактов.
  • В схемах должны присутствовать источники сигнала (тока или напряжения), обеспечивающие входной сигнал, и не менее одной контрольной точки (за исключением анализа схем постоянного тока).
  • В схеме не должны присутствовать контуры из катушек индуктивности и источников напряжения.
  • Источники тока не должны соединяться последовательно.
  • Не должно присутствовать короткозамкнутых катушек.
  • Источник напряжения должен соединяться с катушкой индуктивности и трансформатором через последовательно включенный резистор. К конденсатору, подключенному к источнику тока, обязательно должен быть параллельно присоединен резистор.