Универсальный мост Universal Bridge
Пиктограмма универсального моста:
Назначение – моделирование универсального моста.
Модель позволяет выбирать количество плеч моста (от 1 до 3), вид полупроводниковых приборов (диоды, тиристоры, идеальные ключи, а также полностью управляемые тиристоры, IGBT- и MOSFET-транзисторы, шунтированные обратными диодами). Вывод pulses является управляющим. В модели можно выбрать являются зажимы А, В и С входными или выходными, в первом случае получим выпрямитель, во втором - инвертор.
Параметры блока:
Number of bridge arms – число плеч моста. Выбирается из списка: 1, 2, 3;
Snubber resistance Rs (Ohms) – сопротивление демпфирующей цепи;
Snubber capacitance Cs (F) – емкость демпфирующей цепи.
Power Electronic device – вид полупроводниковых устройств моста, значение параметра выбирается из списка:
- Diodes – диоды;
- Thyristors – тиристоры;
- GTO/ Diodes –полностью управляемые тиристоры, шунтированные обратными диодами;
- MOSFET/ Diodes – MOSFET-транзисторы, шунтированные обратными диодами;
- IGBT/ Diodes – IGBT- транзисторы, шунтированные обратными диодами;
- Ideal Switches – идеальные ключи.
Resistance Ron (Ohms) – сопротивление во включенном состоянии;
Inductance Lon (H) – индуктивность во включенном состоянии;
Forward voltage Vf (V) – пороговое напряжение (напряжение отпирания).
Measurements – измеряемые переменные. Параметр для выбора передаваемых в блок “Multimeter” переменных, которые можно наблюдать с помощью мультиметра. Значения параметра выбирается из списка:
|
|
|
- None – нет переменных для отображения;
- Device voltages – напряжение на полупроводниковых устройствах;
- Device currents – токи полупроводниковых устройств;
- UAB UBC UCA UDC voltages – напряжения на зажимах моста;
- All voltages and currents – все напряжения и токи моста.
Глава 4. Моделирование выпрямительных устройств
в пакете MATLAB \ Simulink
Примеры моделирования выпрямителя с емкостным фильтром
в пакете MATLAB \ Simulink
Пример 1. Проведем моделирование однофазного выпрямителя со средней точкой, его расчет приведен в главе 2.2 (пример 1). Запустим MATLAB и вызовем приложение Simulink, создадим файл новой модели (Ctrl+N). Первоначально создадим упрощенную модель выпрямителя, с цепью источника приведенной к вторичной стороне трансформатора.
Блок идеального источника переменного напряжения “AC Voltage Source” находится в библиотеке “SimPowerSystems\Electrical Sources\”. Для перенесения стандартного блока в модель, необходимо щелкнуть левой кнопкой мыши на интересующем блоке в окне “Simulink Library Browser” и, удерживая ЛКМ, перетащить блок в окно модели. Для редактирования параметров блока следует дважды щелкнуть на нем ЛКМ и внести необходимые данные. Зададим параметры вторичной стороны (рис. 4.1):
- амплитуда ЭДС вторичной стороны (peak amplitude, V): 
(В);
|
|
|
- начальная фаза ЭДС вторичной стороны (phase, deg): 0º (град);
Рис. 4.1. Окно задания параметров блока источника “AC Voltage Source” библиотеки “SimPowerSystems\Electrical Sources\”.
- реальная частота ЭДС вторичной стороны (frequency, Hz): 
(Гц).
Учтем активные сопротивления обмоток трансформатора, приведенные к фазе вторичной стороны. Используем стандартный блок последовательной RLC-цепи “Series RLC Branch” из библиотеки “SimPowerSystems\Elements\”. Зададим в блоке 
(Ом), индуктивность цепи – ноль (пока не будем ее учитывать), емкость – inf (рис. 4.2).
Рис. 4.2. Окно задания параметров блока последовательной RLC-цепи
“Series RLC Branch” библиотеки “SimPowerSystems\Elements\”.
Так как применяется схема со средней точкой, то необходимо создать дополнительную вторичную обмотку. Нет необходимости создавать ее заново. Следует выделить уже созданный набор элементов, удерживая ЛКМ, скопировать их (Ctrl+C) и, щелкнув ЛКМ на свободной части модели, вставить (Ctrl+V).
Дополним модель блоками дискретных диодов “Diode” из библиотеки “SimPowerSystems\Power Electronics\” (рис. 4.3). Основные параметры диодов:
- сопротивление диода в открытом состоянии 
(Ом);
- пороговое напряжение диода 
= 0,8 (В);
Получим идеализированную ВАХ диода вида 3 (рис. 1.10). Цепь снаббера не используется, поэтому рекомендуется задавать 
, 
- inf.
|
|
|
Рис. 4.3. Окно задания параметров блока “Diode”.
Для соединения блоков следует щелкнуть ЛКМ на зажиме какого-либо блока и, удерживая ЛКМ, протянуть соединительную линию (провод) к зажиму другого блока. Выход одного блока может быть соединен с входом другого и наоборот. Соединение вход-вход и выход-выход блоков модели в MATLAB (версии 6.5) возможно только посредством соединительных элементов библиотеки “SimPowerSystems\Connectors\”. Используем блоки “Bus Bar (thin horiz)” для соединения всех элементов модели.
Дополним модель - конденсатором фильтра и цепью резистивной нагрузки, для чего используем стандартный блок последовательной RLC-цепи. Для удобства введем уникальные имена для этих блоков (рис. 4.4). Параметры конденсатора: С = 0,00378 (Ф), параметры нагрузки: R = 50 (Ом).
Можно воспользоваться набором команд меню, вызываемого при нажатии на блоке ПКМ, для редактирования его свойств. В подразделе “Format” содержатся команды “Rotate block” и “Flip block”, позволяющие повернуть блок, что удобно при его размещении в продольной или поперечной ветвях модели. Аналогичные действия можно выполнять с блоками соединителей “Bus Bar” и другими, для более удачного, с точки зрения восприятия, их размещения в области модели.
|
|
|
Оставим один измерительный вывод (m) диода VD1. Все неиспользуемые измерительные выводы в MATLAB рекомендуется замкнуть на заглушку “Terminator” (рис. 4.4) – элемент библиотеки “Simulink\Sinks\”.
После создания модели, ее следует сохранить под уникальным именем.
Рис. 4.4. Окно задания параметров С-фильтра.
Для измерения переменных состояния модель дополняется необходимыми измерительными блоками библиотеки “SimPowerSystems\ Measurements\” – идеальными вольтметрами “Voltage Measurement” и амперметрами “Current Measurement”. Только после измерения этими блоками переменные состояния становятся информационными сигналами и можно оценить их интегральные или спектральные характеристики. Для этого применяются стандартные блоки библиотеки “SimPowerSystems\Extra Library\Measurements\” и приложение SimPowerSystems - powergui.
Измерительный вывод (m) диода VD1 выдает обобщенный информационный вектор тока и напряжения диода. Для разделения сигналов используется стандартный блок библиотеки “Simulink\Signal Routing\” – “Demux”. В окне настройки параметров блока “Demux” задается только количество выходов блока, по умолчанию оно равно 2. Воспользуемся стандартным блоком библиотеки “SimPowerSystems\Extra Library\Measurements\” – “RMS” для измерения действующего значения тока диода. В окне настройки параметров блока “RMS” задается только основная реальная частота (Гц) – Fundamental frequency. По умолчанию она равна 60 Гц, поэтому для правильного измерения ее следует изменить на 50 Гц.
Дополним модель блоком “Voltage Measurement” для измерения напряжения на нагрузке. Для определения постоянной и амплитуды переменной составляющих этого сигнала воспользуемся стандартным блоком библиотеки “SimPowerSystems\Extra Library\Measurements\” – Фурье-анализатором “Fourier”. В окне настройки параметров блока “Fourier” задаются два параметра: основная (первая) реальная частота (Гц) – Fundamental frequency и номер гармонической в ряде Фурье. Для выделения постоянной и амплитуды 1-й гармонической составляющих необходимо два блока “Fourier”. Следует помнить, что основная частота пульсаций напряжения на конденсаторе превышает частоту сети переменного тока в m раз согласно формуле (2.27).
Для вычисления коэффициента пульсаций выпрямителя по первой гармонике 
необходимо найти отношение амплитуды 1-й гармонической к постоянной составляющей ряда Фурье напряжения на конденсаторе (см. формулу 1.7). Математические действия с информационными сигналами осуществляются с применением стандартных блоков библиотеки “Simulink\Math Operations\”. Стандартный блок “Product” по умолчанию осуществляет перемножение двух сигналов, если в окне настройки параметров этого блока записать “ */ ”, то блок станет выполнять требуемые операции умножения и деления (рис. 4.5).
Величины интегральных или спектральных характеристик сигналов отражаются посредством стандартного блока библиотеки “Simulink\Sinks\” – “Display” (рис. 4.5).
Рис. 4.5. Окна модели и задания параметров блоков “Fourier” и “RMS”.
Включим в модель блок измерения углов отсечки вентилей (см. подглаву 3.1.4). Для корректной работы блока в командной строке MATLAB следует задать величину T = 0.02. Поскольку ток в нагрузке должен составлять 0,1 А, то шаг дискретизации “Quantization interval” в блоке “Quantizer” выберем 0,5% 
, т.е. 0,0005. Поскольку измеряется ток вентиля, проводящего на положительной полуволне питающего напряжения, то время расчета должно быть кратно нечетному числу полупериодов Т/2.
Перед моделированием необходимо задать параметры моделирования в соответствующем меню модели “Simulation\Simulation Parameters…” (Ctrl+E) раздел Solver. По умолчанию выбирается решатель ode45 (Dormand-Prince), его настоятельно рекомендуется сменить на ode23tb (stiff/TR-BDF2), более подходящий для решения рассматриваемого класса задач. Улучшить точность расчета можно, если задать вручную максимальный расчетный шаг (max step size) - рекомендуется не более 1е-5 при частоте сети 50 Гц (рис. 4.6).
Для правильного расчета важно также корректно задать время окончания расчета (stop time). Время расчета должно быть всегда кратно полупериоду напряжения первичного источника, в этом случае все интегральные характеристики определяются верно. Следует помнить, что конденсатор фильтра первоначально разряжен и моделируется процесс его заряда, который не успеет завершиться и система не выйдет в квазиустановившийся режим, если выбрано малое время расчета. Время расчета рекомендуется выбирать не менее
> 
,
где 
- постоянная времени зарядной цепи. Для данного примера 
сек, поэтому время расчета должно быть не менее 0,44 сек. Выберем время расчета - 0,61 сек (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Окно настройки параметров моделирования.
Убедиться, что переходный процесс закончился и система вышла в квазиустановившийся режим можно, если дополнить модель стандартным блоком осциллографа “Scope” (“Simulink\Sinks\”). В параметрах блока “Scope” в разделе Data history следует отключить устанавливаемое по умолчанию ограничение на число выводимых расчетных точек (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Окно настройки блока осциллографа “Scope”.
Для запуска процесса моделирования следует щелкнуть ЛКМ на соответствующей кнопке 
“Start simulation” панели инструментов в окне модели. Результаты моделирования всей системы приведены на рис. 4.8.
Рис. 4.8. Модель однофазного выпрямителя со средней точкой, с цепью источника приведенной к вторичной стороне, и результаты моделирования.
Полученные на модели результаты сходятся с расчетными с очень высокой точностью: постоянное напряжение на нагрузке 
= 4,999 В, эффективное значение тока через вентиль 
= 0,1002 А, найденные углы отсечки составляют 
=54,81º, 
=54º ( > 
), 
º - последний полностью совпадает с расчетным 
º.
Несколько отличается от расчетного ( 
= 0,01) коэффициент пульсаций выпрямителя по первой гармонике 
= 0,0116. Погрешность расчета 
в данном случае составила 16%, что в целом для методики, с учетом хорошей сходимости интегральных характеристик, приемлемо. Поскольку величина связана с емкостью конденсатора фильтра обратной зависимостью, то для получения требуемого следует увеличить емкость в 1,16 раза до величины С = 0,00438 (Ф).
Учтем индуктивности рассеяния трансформатора и добавим их в соответствующих элементах модели (“Series RLC Branch”), проведем моделирование системы (рис. 4.9).
Рис. 4.9. Модель выпрямителя со средней точкой, с учтенными индуктивностями рассеяния трансформатора, и результаты моделирования.
Из данных рис. 4.9 видно, что индуктивность рассеяния трансформатора “затянула” импульс тока вентиля и, таким образом, повлияла соответственно на углы отсечки: уменьшился (был 54,81º стал 54,18º), увеличился (был 54º стал 55,53º), 
в целом увеличился (был 54,4º стал 54,85º). Поскольку емкость конденсатора фильтра увеличена до С = 0,00438 (Ф), то имеем требуемый = 0,01.
Создадим аналогичную модель выпрямителя с линейным трансформатором “Linear Transformer” из библиотеки “SimPowerSystems\Elements\”. Параметры первичного источника “AC Voltage Source”: 
(В), (Гц).
При расчете модели трансформатора следует учитывать, что ориентировочные значения активного сопротивления обмоток и индуктивности рассеяния трансформатора в формулах (1.2) и (1.3), приведены к фазе вторичной обмотки, и обычно полагается, что выполняются равенства (1.4).
Определим параметры приведенной модели трансформатора, для чего воспользуемся некоторыми данными расчета (см. пример 1 в главе 2.2):
- номинальная мощность (nominal power Pn, VA): 
= 1,2 ВА;
- номинальная частота (nominal frequency fn, Hz): (Гц);
- действующее напряжение первичной стороны (V1 rms): 
= 220 (В);
- действующее напряжение вторичной стороны (V2 rms): 
= 7,05 (В).
Создадим m-файл – иконка 
“New M-File” в окне MATLAB или через меню “File \ New” – M-file, в который занесем расчетные формулы (рис. 4.10).
Через меню “View\Current Directory” MATLAB открываем каталог, где находится m-файл. Для запуска m-файла наводим на него курсор мыши в окне MATLAB и нажимаем ПКМ, из списка команд всплывающего меню выбираем ЛКМ - Run.
Рис. 4.10. Программа расчета параметров трансформатора.
После запуска m-файла получим в окне MATLAB следующие данные:
- базовое сопротивление первичной стороны 
= 40333,3 (Ом);
- базовое сопротивление вторичной стороны 
= 41,419 (Ом);
- реальные параметры первичной обмотки R 1 = 7236,8 (Ом), X 1 = 208 (Ом);
- реальные параметры вторичной обмотки R 2 = 7,432 (Ом), X 2 = 0,214 (Ом);
Параметры первичной и вторичной обмоток, приведенные соответственно к первичной и вторичной сторонам через базовые сопротивления, должны быть равны, что и выполняется:
= 0,1794 (о.е.), 
= 0,0052 (о.е.).
В блок линейного трансформатора “Linear Transformer” можно заложить названия переменных из m-файла, в этом случае при новом сеансе в MATLAB придется повторно запустить m-файл, или численные значения переменных (рис. 4.11). В окне настройки параметров блока активирована строка “Three windings transformer”, т.е. трансформатор имеет две вторичные обмотки. Цепь намагничивания не учитывается, поэтому оставим параметры 
и 
- 500 (о.е.).
Рис. 4.11. Окно задания параметров блока линейного трансформатора “Linear Transformer” (“SimPowerSystems\Elements\”).
Создадим модель выпрямителя с трансформатором и проведем моделирование системы (рис. 4.12). Из данных рис. 4.12 видно, что результаты в модели с трансформатором практически идентичны результатам в модели с цепью источника, приведенной к вторичной стороне трансформатора, и учтенными индуктивностями рассеяния (рис. 4.9).
Рис. 4.12. Модель выпрямителя с трансформатором и результаты моделирования.
Пример 2. Проведем моделирование однофазного мостового выпрямителя с трансформатором, его расчет приведен в главе 2.2 (пример 2). Запустим MATLAB и вызовем приложение Simulink, создадим файл новой модели (Ctrl+N). Параметры первичного источника “AC Voltage Source” (“SimPowerSystems\Electrical Sources\”):
- амплитуда ЭДС первичной стороны (peak amplitude, V): (В);
- начальная фаза ЭДС первичной стороны (phase, deg): 0º (град);
- реальная частота ЭДС первичной стороны (frequency, Hz): (Гц).
Определим параметры приведенной модели трансформатора “Linear Transformer”, расчетные формулы (рис. 4.13) при этом не будут отличаться от приведенных в предыдущем примере 1 (см. рис. 4.10). Основные параметры трансформатора заимствуются из данных расчета (см. пример 2 в главе 2.2).
После запуска m-файла получим следующие результаты:
- базовое сопротивление первичной стороны = 660,3 (Ом);
- базовое сопротивление вторичной стороны = 30,136 (Ом);
- реальные параметры первичной обмотки R 1 = 38,34 (Ом), X 1 = 17,21 (Ом);
- реальные параметры вторичной обмотки R 2 = 1,75 (Ом), X 2 = 0,785 (Ом).
Приведенные параметры первичной и вторичной обмоток:
= 0,0581 (о.е.), = 0,0261 (о.е.).
Рис. 4.13. Программа расчета параметров трансформатора.
Заложим полученные параметры в модель трансформатора “Linear Transformer” (рис. 4.14, а). В окне настройки параметров блока строку “Three windings transformer” необходимо деактивировать, так как необходима только одна вторичная обмотка. Цепь намагничивания не учитывается, поэтому оставим параметры и - 500 (о.е.).
Мостовой выпрямитель можно выполнить на дискретных элементах “Diode” или использовать стандартный блок “Universal Bridge” (“SimPowerSystems\Power Electronics\”). В окне настройки параметров блока “Universal Bridge” необходимо выбрать: 2 – число “плеч” моста (“Number of bridge arms”), Diodes – тип вентилей (“Power Electronic device”), сопротивление диода в открытом состоянии 
(Ом), 
= 0 (В) - поскольку в расчете пороговым напряжением диода пренебрегли (рис. 4.14, б).
Модель включает конденсатор фильтра и цепь резистивной нагрузки, для создания которых используем стандартные блоки последовательной RLC-цепи. Введем соответствующие уникальные имена для этих блоков. Параметры конденсатора: С = 0,002 (Ф), параметры нагрузки (рис. 4.14, в): R = 50 (Ом).
Для соединения электрических элементов модели используем блоки “Bus Bar (thin horiz)” из библиотеки “SimPowerSystems\Connectors\”.
Дополним модель необходимыми измерительными блоками (см. предыдущий пример). Включим в модель блок измерения углов отсечки вентилей (см. подглаву 3.1.4). Для корректной работы блока в командной строке MATLAB следует задать величину T = 0.02. Поскольку ток в нагрузке должен составлять 1 А, то шаг дискретизации “Quantization interval” в блоке “Quantizer” выберем 0,1% 
, т.е. 0,001.
а) б) в)
Рис. 4.14. Окна задания параметров блоков модели выпрямителя.
Введем в модель стандартный блок осциллографа “Scope” (“Simulink\Sinks\”). Выведем на него напряжение на нагрузке и ток вторичной обмотки трансформатора, для чего в параметрах настройки блока (раздел General) изменим количество осей (number of axes) на – 2 (рис. 4.15, а). В разделе Data history следует отключить устанавливаемое по умолчанию ограничение на число выводимых расчетных точек (рис. 4.15, б). Активируем функцию “Save data to workspace” (рис. 4.15, б), что позволит в дальнейшем провести гармонический анализ данных сигналов.
а) б)
Рис. 4.15. Окна настройки блока осциллографа “Scope”.
Для гармонического анализа в модель следует добавить блок “powergui” (рис. 4.16) из “SimPowerSystems\”.
Помимо вычисления коэффициента пульсаций выпрямителя по первой гармонике , определим полный коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке согласно формуле (1.6).
Для определения максимумов и минимумов напряжения на нагрузке используем блоки “Maximum” и “Minimum” библиотеки “DSP Blockset\Statistics\”. Для требуемой работы блоков в их параметрах следует задать режим (mode) - running. Для регистрации экстремумов функции в квазистатическом режиме необходимо сбрасывать данные, вычисленные блоками в переходном процессе. Для обнуления (сброса) удобно использовать напряжение идеального источника “AC Voltage Source”, сигнал сброса при этом формируется блоком “Sign” (“Simulink\Math Operations\”) при переходе напряжения через ноль (рис. 4.16). В настройках порта сброса “Reset port” блоков устанавливаем - either edge, т.е. сброс происходит как нарастающим (rising edge) так и спадающим (falling edge) фронтами.
Для работы блоков “Maximum” и “Minimum” все подаваемые на их входы непрерывные сигналы, в том числе сигналы сброса, необходимо предварительно дискретизировать по времени, иначе система выдаст сигнал об ошибке. Для этого применяется блок “Zero-Order Hold” библиотеки “Simulink\Discrete\”, в настройках которого необходимо задать шаг дискретизации, например 5e-6. Поскольку обнуление (сброс) блоков “Maximum” и “Minimum” осуществляется в моменты времени кратные полупериоду напряжения первичного источника, то необходимо передавать данные с их выходов на блоки “Display” с некоторой задержкой, иначе будем иметь по окончании расчета нули. Для задержки можно использовать как блок “Zero-Order Hold”, так и блок памяти “Memory” (“Simulink\Discrete\”).
Для определения постоянной составляющей напряжения на нагрузке можно использовать блок “Mean” библиотеки “DSP Blockset\Statistics\”. Особенности его настройки те же, что и для блоков “Maximum” и “Minimum”.
Для определения коэффициента пульсаций напряжения на нагрузке используем различные варианты формулы (1.6), очевидно результат должен получиться практически одинаковым. Для определения значения импульса тока через вентиль в квазиустановившемся режиме также используем блок “Maximum”.
После создания модели, ее следует сохранить под уникальным именем.
Перед моделированием необходимо задать параметры моделирования в соответствующем меню модели “Simulation\Simulation Parameters…” (Ctrl+E). По умолчанию выбирается решатель ode45 (Dormand-Prince), его следует сменить на ode23tb (stiff/TR-BDF2). Также в окне настройки параметров моделирования зададим максимальный расчетный шаг (max step size) – 5e-6, относительная точность расчета (relative tolerance) – 1e-3, абсолютная точность расчета (absolute tolerance) – 1e-5. Определим время окончания расчета (stop time), так как 
сек, выберем время расчета - 0,16 сек.
Результаты моделирования всей системы приведены на рис. 4.16.
Рис. 4.16. Модель мостового выпрямителя с трансформатором и результаты моделирования.
Полученные на модели результаты сходятся с расчетными с высокой точностью: постоянное напряжение на нагрузке 
= 50,16 В при расчетном = 50 В, действующее значение тока через конденсатор 
= 1,204 А (при 
=1,16 А), действующее значение тока вторичной обмотки 
= 1,568 А при расчетном 
= 1,56 А, значение импульса тока через вентиль 
= 3,139 А при расчетном 
= 3,125 А, действующее значение тока первичной обмотки 
= 0,3357 А при расчетном 
= 0,333 А, = 0,02482 при расчетном =0,025. Коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке составил 
=0,02723.
Погрешность обычно связана с точностью графоаналитического метода определения коэффициентов 
по данным рис. 2.5 - 2.9.
Очевидно, что расчетные данные, полученные по графическим зависимостям при 
0 (т.е. когда учитывается индуктивность рассеяния трансформатора), в большей степени соответствуют результатам моделирования, чем полученные по аналитическим соотношениям для x = 0. Результаты моделирования показывают, что импульс тока вентилей заметно отличается по форме от косинусоидального (см. рис. 4.17) и имеет длительность, большую 2 
º (см. данные рис. 4.16).
Вызовем окно блока “powergui”, для чего дважды щелкнем на нем ЛКМ, выберем раздел FFT Analysis. Выведем амплитудный спектр тока вторичной обмотки, настройки окна отражает рис. 4.17. Поскольку кривая тока симметрична относительно оси времени, то в ней отсутствуют постоянная составляющая и четные гармоники. Помимо основной (первой) гармонической, остальной вклад (в % от первой) вносят - 3-я (59,1%), 5-я (14,3%), 7-я (6,7%) и 9-я (3,7%) гармонические.
Рис. 4.17. Раздел FFT Analysis блока “powergui”: данные гармонического анализа кривой тока вторичной обмотки.
Построим внешнюю (нагрузочную) характеристику выпрямителя в пакете MATLAB. Поскольку при однократном моделировании параметры схемы должны быть неизменны, то следует создать m-файл в котором будет меняться некоторая переменная, в данном случае сопротивление нагрузки 
, и происходить многократный автозапуск модели с сохранением результатов каждого моделирования. Так как многократное моделирование может отнимать значительное время, то для ускорения расчетов модель следует по возможности упростить и исключить из нее все ненужные измерительные схемы. Предварительно сохраним уже созданную модель под уникальным именем, а все изменения будем производить в новой модели.
В окне настройки блока “Series RLC Branch”, имитирующего нагрузку, зададим переменную – Rd (рис. 4.18). Помимо значения постоянной составляющей напряжения нагрузки 
, будем сохранять в конце моделирования величины действующего значения тока вторичной обмотки 
, коэффициента пульсаций и угла θ = 
. Для сохранения результатов расчета в конце моделирования, измеряемые переменные должны быть переданы в блоки “To Workspace” (“Simulink\Sinks\”).
4.18. Вариант модели мостового выпрямителя для параметрического анализа.
В настройках каждого блока “To Workspace” следует задать (рис. 4.18):
- название переменной (Variable name) – устанавливается пользователем;
- число последних сохраняемых точек (Limit data points to last) – 1 (т.е. сохраняется последнее значение в конце расчета);
- время дискретизации (Sample time) – рекомендуется 5e-6;
- формат данных (Save format) – массив (Array).
В режимах близких к холостому ходу переходный процесс заряда конденсатора может значительно затянуться относительно заряда на номинальное сопротивление нагрузки, поэтому в окне настройки параметров моделирования введем варьируемую переменную tk, соответствующую времени окончания расчета (stop time, см. рис. 4.18). В дальнейшем для режима х.х. выберем время расчета tk = 1,6 сек, во всех остальных случаях tk = 0,32 сек.
В окне задания параметров блока мостового выпрямителя “Universal Bridge” введем сопротивление цепи снаббера 
= 1e7, что также связано с особенностями моделирования режима х.х.
Создадим m-файл в котором опишем программу изменения сопротивления нагрузки с автоматическим сохранением данных моделирования. Листинг требуемой программы приведен на рис. 4.19.
4.19. Программа параметрического анализа выпрямительного устройства.
Для ускорения расчетов можно в окне модели перевести моделирование из режима Normal в режим Accelerator, файл модели при запуске компилируется и процесс расчета ускорится.
После запуска m-файла происходит многократное моделирование с сохранением данных. Спустя некоторое время программа завершает работу, массивы значений напряжения и тока сохраняются в файлы и выводится график, где найденные зависимости , , и θ отражаются в относительных единицах (от их максимума) в функции тока нагрузки (рис. 4.20). Это сделано с целью нормализации, поскольку каждый из параметров имеет свои абсолютные значения, порядок которых может отличаться. Максимальные значения , , и θ отражаются в командной строке MATLAB: 
= 66,31 В, 
= 4,224 А, 
= 0,0939, θ 
= 68,837º.
Отметим, что внешняя характеристика имеет ниспадающий вид. Уменьшение тока нагрузки приводит к уменьшению углов отсечки тока, снижению электромагнитных нагрузок, увеличению значения выпрямленного напряжения и сокращению его пульсаций (т.е. коэффициента пульсаций).
Рис. 4.20. Зависимости 
, 
, и θ от тока нагрузки 
.
При моделировании в MATLAB первоначально задается сопротивление нагрузки 
и в ходе моделирования определяется ток нагрузки . Данные моделирования, сохраненные в файлы, можно использовать для обработки в пакете MathCAD. Используя значения тока, полученные в MATLAB, можно по формулам (2.23), (2.24) и рис. 2.10 построить расчетную внешнюю характеристику и сравнить ее с данными моделирования. Задаваясь значениями тока в нескольких точках, определяем набор коэффициентов 
согласно формуле (2.24). Определив значения cosψ 
в зависимости от коэффициента 
и угла φ = 19,3 
(см. данные примера 2 глава 2.2) по графику на риc. 2.10 и подставляя величину cosψ в формулу (2.23) найдем для заданных значений .
Программа вывода данных моделирования в пакет MathCAD, с построением расчетной внешней характеристики и по данным моделирования, представлена на рис. 4.21.
Рис. 4.21. Программа построения расчетной внешней характеристики и по данным моделирования в пакете MathCAD.
Нет необходимости рассчитывать все точки внешней характеристики полученной по данным моделирования, тем более при большом числе точек это было бы затруднительно. Достаточно построить 5-6 расчетных точек, поэтому в примере рис. 4.21 используется каждое 5-е значение тока нагрузки, полученное в MATLAB.
Точность графоаналитического метода построения внешней характеристики определяется погрешностью определения cosψ по данным рис. 2.10 и обычно составляет 0,005 шкалы cosψ (т.е. 0,5%), это и определяет погрешность в данных расчета и моделирования (рис. 4.21).
В качестве приложения. При проектировании выпрямителя расчет электромагнитных нагрузок, воздействующих на его элементы, производят по эмпирическим формулам, рассматривая работу устройства только в квазиустановившемся режиме, тогда как наиболее тяжелым режимом работы выпрямителя является включение в питающую сеть. Процесс включения выпрямителя в питающую сеть, при разряженном конденсаторе фильтра, как правило, сопровождается увеличением электромагнитных нагрузок и изменением режима работы схемы. Величины электромагнитных нагрузок в переходных режимах работы определяются параметрами схемы и начальной фазой включения выпрямителя в питающую сеть. Выбор параметров схемы выпрямителя без учета электромагнитных нагрузок в течение переходных процессов может привести к выходу из строя полупроводниковых приборов и элементов фильтра, а также к ухудшению массогабаритных, динамических, энергетических и надежностных показателей выпрямителя.
Используем возможности пакета MATLAB на примере данной модели для нахождения зависимости величин электромагнитных нагрузок от начальной фазы включения выпрямителя в питающую сеть. Предварительно сохраним уже созданную модель под уникальным именем, а все изменения будем производить в новой модели.
Найдем зависимости максимального значения тока через вентиль, его действующего и среднего значений за первую половину периода включения выпрямителя в питающую сеть, т.е. за интервал времени - 0,01 сек. Поэтому в окне настройки параметров моделирования зададим время расчета - 0,01 сек.
Для вывода сигнала тока вентиля в настройках блока “Universal Bridge” в разделе Measurements следует установить - Device currents (рис. 4.22, а) и добавить в модель блок “Multimeter” из библиотеки “SimPowerSystems\Measurements\”. В окне настройки блока “Multimeter” следует выбрать необходимый сигнал из раздела доступных измерений “Available Measurements” и добавить его в раздел выбранных измерений “Selected Measurements” (рис. 4.22, б). Так как блок “Multimeter” имеет один выход, то, в случае когда выбрано два и более сигналов, их следует разделить посредством элемента “Demux” (“Simulink\Signal Routing\”). Если в конце моделирования требуется вывести графики выбранных сигналов, то в окне настройки блока “Multimeter” следует активировать пункт Plot selected measurements (рис. 4.22, б).
а) б)
Рис. 4.22. Окна настройки блока “Universal Bridge” (а) и блока “Multimeter” (б).
Максимальное значение тока вентиля можно определить с помощью блока “Maximum” (“DSP Blockset\Statistics\”). Действующее значение тока вентиля определяется стандартным блоком “RMS” (“SimPowerSystems\Extra Library\Measurements\”). Так как измерение производится на половине периода, то в настройках блока “RMS” следует задать частоту 100 Гц.
Среднее значение тока вентиля определяется блоком “Mean” (“DSP Blockset\Statistics\”) или блоком “Fourier” (“SimPowerSystems\Extra Library\Measurements\”), в настройках последнего следует задать: основная частота (Fundamental frequency f1) – 100 Гц и номер гармонической в ряде Фурье - 0. Независимо от того какой блок используется “Mean” или “Fourier” - результат должен быть одинаковым (рис. 4.23).
Для требуемой работы блоков “Maximum” и “Mean” в их параметрах следует задать режим (mode) - running. В данном случае сигналов обнуления (сброса) не требуется, поэтому в настройках порта сброса “Reset port” блоков устанавливаем – none.
Для сохранения результатов расчета в конце моделирования, измеряемые переменные должны быть переданы в блоки “To Workspace” (“Simulink\Sinks\”). В настройках каждого блока следует задать:
- название переменной (Variable name) – устанавливается пользователем;
- число последних сохраняемых точек (Limit data points to last) – 1 (т.е. сохраняется последнее значение в конце расчета);
- время дискретизации (Sample time) - 5e-6;
- формат данных (Save format) – массив (Array);
Для ускорения расчетов следует исключить из модели все ненужные измерительные схемы (рис. 4.23). Можно также в окне модели перевести моделирование из режима Normal в режим Accelerator, файл модели при запуске компилируется и процесс расчета может значительно ускориться.
Рис. 4.23. Вариант модели для нахождения зависимости величин электромагнитных нагрузок от начальной фазы включения выпрямителя в питающую сеть (переменная phase).
Создадим m-файл в котором опишем программу изменения начальной фазы включения выпрямителя в питающую сеть с автоматическим сохранением данных моделирования. Листинг требуемой программы приведен на рис. 4.24.
Рис. 4.24. Программа нахождения зависимости электромагнитных нагрузок от начальной фазы включения выпрямителя (переменная phase).
Перед запуском программы следует занести имя варьируемой переменной phase в параметры блока первичного источника “AC Voltage Source” (рис. 4.23). Приведенные результаты моделирования на рис. 4.23 соответствуют начальной фазе phase = 0. Поскольку начальная фаза задается в градусах (deg), то переменная phase в листинге программы (рис. 4.24) изменяется в диапазоне 0º - 180º.
После запуска программы происходит автоматическое сохранение данных многократного моделирования в файлы, а затем вывод графиков изменения электромагнитных нагрузок в зависимости от начальной фазы включения выпрямителя в питающую сеть (рис. 4.25).
Рис. 4.25. Графики изменения электромагнитных нагрузок в зависимости от начальной фазы включения выпрямителя в питающую сеть.
По данным рис. 4.25 выведем графики тока вентиля для ряда точек, для чего в окне настройки блока “Multimeter” активируем пункт Plot selected measurements (рис. 4.22, б). Результаты моделирования для случаев phase = 0º, 60º, 120º представлены на рис. 4.26.
Анализируя формы тока вентиля, для разных начальных фаз включения выпрямителя в питающую сеть, можно заключить:
- при phase = 0º (рис. 4.26, а) действующее и среднее значения тока вентиля близки к максимальным, что и отражают данные рис. 4.25;
- при phase = 60º (рис. 4.26, б) действующее и среднее значения тока вентиля снижаются, но близко к максимальному значение импульса тока через вентиль (рис. 4.25);
- при phase = 120º (рис. 4.26, в) выпрямитель включается на спаде положительной полуволны питающего напряжения и значения электромагнитных нагрузок снижаются (рис. 4.25).
а) б) в)
Рис. 4.26. Кривые тока вентиля при phase = 0º (а), 60º (б) и 120º (в).
Занесем в командную строку MATLAB – max(Ivdm), далее Enter. Пакет выдаст максимальное значение импульса тока вентиля по результатам всех моделирований 
= 11,941 (А). Аналогично запрашиваем max(Ivd_rms), max(Ivd0). Получаем 
= 7,487 (А), 
= 6,336 (А).
Согласно техническим данным выбранные в качестве вентилей выпрямительные диоды 1N4002 способны выдержать 
( 
, Peak Forward Surge Current) = 30 А при длительности импульса 8,3 мсек (за полупериод сетевого напряжения). Таким образом, имело смысл находить электромагнитные нагрузки за первую половину периода включения выпрямителя в питающую сеть, т.е. за интервал времени 10 мсек. Благодаря хорошей перегрузочной способности по току выбранные выпрямительные диоды 1N4002 должны обеспечить надежную работу данного выпрямителя в наиболее тяжелом режиме.
Для повторного вывода графиков данных, сохраненных в соответствующих файлах (см. листинг программы рис. 4.24), достаточно реализовать набор команд (рис. 4.27).
Рис. 4.27. Программа вывода графиков из файлов данных.
Данные моделирования, сохраненные в файлы, можно использовать для обработки в пакете MathCAD. Программа вывода данных моделирования в пакет MathCAD представлена на рис. 4.28. Помимо графиков электромагнитных нагрузок, в программе построены зависимости соотношений 
и 
от начальной фазы включения выпрямителя в питающую сеть (рис. 4.28).
Рис. 4.28. Вывод зависимостей электромагнитных нагрузок и их соотношений от начальной фазы включения выпрямителя в пакете MathCAD.
4.2. Пример моделирования выпрямителя с индуктивно-емкостным фильтром в пакете MATLAB \ Simulink
Проведем моделирование трехфазного мостового выпрямителя (схема Ларионова), его расчет приведен в главе 2.4. Запустим MATLAB и вызовем приложение Simulink, создадим файл новой модели (Ctrl+N).
Блок трехфазного источника переменного напряжения “3-Phase Source” находится в библиотеке “SimPowerSystems\Electrical Sources\”. Параметры трехфазного источника (рис. 4.29):
- действующее значение линейного напряжения источника (phase-to-phase rms voltage, V): 
= 380 (В);
- начальная фаза ЭДС фазы А (phase angle of phase A, degrees): 0º (град);
- реальная частота ЭДС (frequency, Hz): (Гц);
- тип соединения (internal connection): звезда с заземленной общей точкой.
В данном случае считаем, что источник ЭДС “бесконечной” мощности и его можно полагать идеальным, однако для корректной работы измерительных блоков библиотеки “SimPowerSystems\Measurements\” следует все же задать небольшое внутреннее сопротивление цепи источника. Поэтому в окне задания параметров блока “3-Phase Source” определяем внутреннее сопротивление - 0,005 (Ом), индуктивность источника - ноль (рис. 4.29).
Для измерения напряжений и токов в моделях с трехфазными схемами используется стандартный блок “Three-Phase V-I Measurement” из библиотеки “SimPowerSystems\Measurements\”. Блок производит измерение фазных напряжений, если в его параметрах (раздел voltage) выбрано – phase-to-ground, или линейных напряжений, если в его параметрах выбрано – phase-to-phase (рис. 4.29). Вывод измеряемых напряжений и токов может быть как в абсолютных единицах, так и в относительных.
Рис. 4.29. Окна задания параметров блоков “3-Phase Source” и
“Three-Phase V-I Measurement”.
В данном примере ограничимся измерением фазных напряжений в блоке “Three-Phase V-I Measurement”.
Стандартный блок трехфазного трансформатора “Three-Phase Transformer (Two Windings)” содержится в библиотеке “SimPowerSystems\Elements\” и, по сути, представляет собой три независимых однофазных трансформатора.
Определим параметры приведенной модели трансформатора, при этом основные параметры трансформатора заимствуются из данных расчета (см. пример в главе 2.4):
- номинальная мощность (nominal power Pn, VA): = 1470 ВА;
- номинальная частота (nominal frequency fn, Hz): (Гц);
- действующее значение линейного напряжения первичной стороны (V1 phase-to-phase rms voltage, V): = 380 (В);
- действующее значение линейного напряжения вторичной стороны (V2 phase-to-phase rms voltage, V):
= 103,4 (В).
Создадим m-файл в который занесем необходимые расчетные формулы (рис. 4.30). Они не будут отличаться от приведенных в предыдущих примерах (см. рис. 4.10 и 4.13), если учесть, что за базовое принимается сопротивление, рассчитанное исходя из мощности фазы.
Рис. 4.30. Программа расчета параметров трехфазного трансформатора.
После запуска m-файла получим следующие результаты:
- базовое сопротивление первичной стороны = 98,776 (Ом);
- базовое сопротивление вторичной стороны = 7,274 (Ом);
- реальные параметры первичной обмотки R 1 = 2,424 (Ом), X 1 = 2,581 (Ом);
- реальные параметры вторичной обмотки R 2 = 0,1785 (Ом), X 2 = 0,19 (Ом);
Приведенные параметры первичной и вторичной обмоток:
= 0,0245 (о.е.), 
= 0,0261 (о.е.).
Заложим полученные параметры в модель трехфазного трансформатора “Three-Phase Transformer (Two Windings)” (рис. 4.31). Тип соединения (winding connection) первичной и вторичной сторон – звезда (трехпроводная). Цепь намагничивания не учитывается, поэтому оставим параметры и по 500.
Для выбора измеряемых напряжений и токов трансформатора следует использовать соответствующий раздел настроек блока – Measurements, сделаем доступными для измерения токи первичных и вторичных обмоток (рис. 4.31).
Рис. 4.31. Окно задания параметров блока трехфазного трансформатора “Three-Phase Transformer (Two Windings)” библиотеки “SimPowerSystems\Elements\”.
Для вывода измеряемых переменных блока “Three-Phase Transformer” в модель следует добавить блок “Multimeter” из библиотеки “SimPowerSystems\Measurements\”.
Мостовой выпрямитель можно выполнить на дискретных элементах “Diode” или использовать стандартный блок “Universal Bridge” (“SimPowerSystems\Power Electronics\”). В окне настройки параметров блока “Universal Bridge” необходимо выбрать: 3 – число “плеч” моста (“Number of bridge arms”), Diodes – тип вентилей (“Power Electronic device”), сопротивление диода в открытом состоянии 
= 0,025 (Ом), = 0,75 (В) (рис. 4.32, а).
Модель включает дроссель и конденсатор Г-образного фильтра и цепь резистивной нагрузки, для создания которых используем стандартные блоки последовательной RLC-цепи (“Series RLC Branch” из библиотеки “SimPowerSystems\Elements\”). Введем соответствующие уникальные имена для этих блоков. Параметры: дросселя - R 
= 0,6 (Ом), L = 0,005 (Гн) (рис. 4.32, б), конденсатора - С = 0,000324 (Ф), нагрузки - R = 12 (Ом).
а) б)
Рис. 4.32. Окна задания параметров блоков: “Universal Bridge” (а),
дросселя фильтра (“Series RLC Branch”) (б).
Для соединения элементов модели используем блоки “Bus Bar (thin horiz)” из библиотеки “SimPowerSystems\Connectors\”.
Дополним модель необходимыми измерительными блоками (см. предыдущие примеры). Следует помнить, что основная частота пульсаций напряжения на конденсаторе превышает частоту сети переменного тока в m раз согласно формуле (2.27). Для схемы Ларионова - m = 6 и на стороне постоянного тока в настройках измерительных блоков “Fourier” и “RMS” следует задавать частоту 300 Гц.
Для гармонического анализа ряда сигналов следует активировать функцию “Save data to workspace” в окне настройки параметров блока “Scope”.
После создания модели, ее следует сохранить под уникальным именем.
Перед моделированием необходимо задать параметры моделирования в соответствующем меню модели “Simulation\Simulation Parameters…” (Ctrl+E). По умолчанию выбирается решатель ode45 (Dormand-Prince), его следует сменить на ode23tb (stiff/TR-BDF2). Также в окне настройки параметров моделирования зададим максимальный расчетный шаг (max step size) – 1e-6, относительная точность расчета (relative tolerance) – 1e-3, абсолютная точность расчета (absolute tolerance) – 1e-5.
Время окончания расчета (stop time), в схеме с LC-фильтром, следует выбирать приблизительно:
> 5 ÷ 10 
,
где 
, 
. В нашем случае:
2(0,357 + 0,025) + 0,6 = 
+ 0,6 = 1,364 (Ом),
+ 0,005 = 0,0074 (Гн),
0,0054 (сек),
0,00044 (сек),
> 10 = 10 (0,0054 + 0,00044) = 0,0584 (сек).
Если требуемое время окончания расчета не превышает 2 ÷ 3 периодов питающего напряжения, то его следует выбирать 0,1 сек или более.
Окончательный вариант модели трехфазного мостового выпрямителя, c необходимыми измерительными блоками, и результатами моделирования приведен на рис. 4.33.
Здесь блок “Multimeter” выводит токи первичной и вторичной сторон трансформатора и, далее, в блоке “RMS” определяются их действующие значения, которые отображает блок “Display”. В настройках блока “RMS” следует задать частоту 50 Гц.
Блок “Multimeter1” отображает на блок осциллографа “Scope” ток фазы A вторичной стороны трансформатора.
Блок “Multimeter2” выводит напряжения всех шести вентилей блока трехфазного моста “Universal Bridge” и, далее, определяются посредством блока “Maximum” их максимальные значения в течение переходного процесса.
Блок “Multimeter3” измеряет ток одного вентиля (sw1 – верхнего вентиля фазы А) блока трехфазного моста “Universal Bridge” и, далее, определяется его действующее значение посредством блока “RMS1”. В настройках блока “RMS1” следует задать частоту 50 Гц.
Блоки “Fourier Ic1” и “RMS2” вычисляют соответственно амплитуду первой гармонической и действующее значение тока через конденсатор фильтра, в настройках блоков следует задать частоту 300 Гц.
Рис. 4.33. Модель трехфазного мостового выпрямителя c результатами моделирования.
Полученные на модели результаты сходятся с расчетными с хорошей точностью: - постоянное напряжение на нагрузке = 121,3 В при расчетном = 120 В; - действующее значение тока вторичной обмотки = 8,12 А при расчетном = 8,2 А; - действующее значение тока через диод 
= 5,74 А при расчетном 
= 5,8 А; - действующее значение тока первичной обмотки = 2,214 А при расчетном 
= 2,225 А; - амплитуда 1-й гармонической тока через конденсатор фильтра 
= 0,874 А при расчетном 
= 0,88 А; - действующее значение тока через конденсатор фильтра 
= 0,624 А немногим отличается от расчетного значения для 1-й гармонической 
= 0,622 А.
Коэффициент пульсаций напряжения в нагрузке по первой гармонике составил 
= 0,0118 при расчетном = 0,012. При этом полный коэффициент пульсаций выходного напряжения, определенный в соответствии с различными вариантами формулы (1.6), также 
= 0,0118.
Особенностью переходных процессов, связанных с включением выпрямителей с LC-фильтрами в питающую сеть, является наличие опасных перенапряжений на элементах фильтра. Согласно данным моделирования (рис. 4.33) величина перенапряжения на конденсаторе фильтра в ходе переходного процесса составила - 160,5 В (см. данные “Display9”), при этом максимальное обратное напряжение вентилей - 
= 142,9 В (см. данные “Display1”).
Вызовем окно блока “powergui”, для чего дважды щелкнем на нем ЛКМ, выберем раздел FFT Analysis. Выведем амплитудный спектр тока вторичной обмотки, настройки окна отражает рис. 4.34. Поскольку кривая тока симметрична относительно оси времени, то в ней отсутствуют постоянная составляющая и четные гармоники. Помимо основной (первой) гармонической, остальной вклад (в % от первой) вносят - 5-я (21,85%), 7-я (9,3%), 11-я (5,72%) и 13-я (3,93%) гармонические. Характерная особенность спектрального состава тока, потребляемого данным выпрямителем, отсутствие нечетных гармоник кратных трем, т.е. 3-й, 9-й и т.д. гармонических.
Отметим, что график кривой тока вторичной обмотки (рис. 4.34) хорошо отражает процесс коммутации и наличие угла перекрытия фаз.
Рис. 4.34. Раздел FFT Analysis блока “powergui”: данные гармонического анализа кривой тока вторичной обмотки.
В качестве приложения. Определим зависимости величин максимального импульса тока вентилей и перенапряжения на конденсаторе фильтра от начальной фазы включения выпрямителя в питающую сеть.
Предварительно сохраним уже созданную модель под уникальным именем, а все изменения будем производить в новой модели. Для ускорения расчетов следует исключить из модели все ненужные измерительные схемы.
В настройках блока трехфазного источника “3-Phase Source”, в графе начальная фаза ЭДС фазы А, вводим имя переменной - phase. Для определения максимумов тока и напряжения используем блоки “Maximum” (рис. 4.35). Требуемая программа нахождения зависимости электромагнитных нагрузок от начальной фазы включения выпрямителя практически не отличается от программы рис. 4.24, за исключением названий сохраняемых переменных.
Рис. 4.35. Вариант модели для нахождения зависимости величин электромагнитных нагрузок от начальной фазы включения трехфазного выпрямителя в питающую сеть.
Поскольку начальная фаза задается в градусах (deg), то переменная phase, как и в случае программы рисунка 4.24, изменяется в диапазоне 0º - 180º.
Ток выпрямителя и напряжение конденсатора фильтра имеют разные размерности, найдем их максимальные значения и выведем графики в относительных единицах (см. пример программы рис. 4.19).
После запуска программы m-файла происходит автоматическое сохранение данных многократного моделирования, а затем вывод графиков изменения электромагнитных нагрузок (о.е.) в зависимости от начальной фазы включения выпрямителя в питающую сеть (рис. 4.36).
Рис. 4.36. Графики зависимости величин импульса тока вентилей и перенапряжения на конденсаторе фильтра (в о.е.) от начальной фазы включения трехфазного выпрямителя в питающую сеть.
Очевидно, что за половину периода (180º) графики трижды повторяются, т.е. через каждые 360º/m = 60º. Максимальных значений импульс тока вентилей 
= 25,9 А и перенапряжение на конденсаторе фильтра 
= 163,15 В достигают при разных начальных фазах (рис. 4.36), соответственно при 32º и 20º.
Благодаря хорошей перегрузочной способности по току выбранные выпрямительные диоды 6F20 должны выдерживать такие импульсные прямые токи и обеспечить надежную работу данного выпрямителя в наиболее тяжелом режиме.
Результаты моделирования позволяют заключить, что в данном случае требуется выбрать ЭК на 
= 180 В, что также увеличит срок службы ЭК, так как одним из двух определяющих параметров для срока службы ЭК является его рабочее напряжение.
Для построения внешней характеристики выпрямителя или его параметрического анализа следует составить программу аналогичную приведенной на рис. 4.19. Введение дополнительного цикла в программу (рис. 4.19) позволяет находить зависимости различных характеристик электротехнических устройств, реализованных в MATLAB\SimPowerSystems, в функции двух любых параметров.
Литература
1. Бас А.А., Миловзоров В.П., Мусолин А.К. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом. – М.: Радио и связь, 1987. – 160 c.: ил.
2. Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1980. – 424 c., ил.
3. Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов. – М.: Высш. школа, 1982. – 496 с., ил.
4. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. М.: Энергоатомиздат, 1992.
5. Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. – СПб.: КОРОНА принт, 1998. – 400 c., ил.
6. Иванов-Цыганов А.И. Электропреобразовательные устройства РЭС: Учеб. для вузов по спец. “Радиотехника”. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1991. – 272 с., ил.
7. Источники электропитания на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет. Под ред. С.Д. Додика и Е.И. Гальперина. – М.: Советское радио, 1969. – 448 с., ил.
8. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов и др.; Под ред. Г.С. Найвельта. – М.: Радио и связь, 1985. – 576 с., ил.
9. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: Учебник для вузов. –М.: Энергия, 1980. – 928 с., ил.
10. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» - 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1987. – 479 c. ил.
11. http://www.irf.com: 6F(R) SERIES, STANDARD RECOVERY DIODES, Bulletin I20206 rev. A 09/98, IRF, pdf format.
12. Нефедов А.В., Гордеева В.И. Отечественные полупроводниковые приборы и их зарубежные аналоги: Справочник. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1990. – 400 с., ил.
13. Справочник по полупроводниковой электронике. Под редакцией Ллойда П. Хантера, проф. Рочестерского университета (Рочестер, Нью-Йорк, США). Сокр. перевод с англ. под ред. д.т.н. С.Я. Шаца, к.т.н. И.И. Литвинова – М.: Машиностроение, 1975.
14. Дьяконов М.Н., Карабанов В.И., Присняков В.И. и др. Справочник по электрическим конденсаторам. Под общ. ред. И. И. Четверткова и В. Ф. Смирнова. - M.: Радио и связь, 1983. – 576 с., ил.
15. http://www.hitachiaic.com: HITACHI AIC CAPACITORS CATALOG, HITACHI AIC, pdf format.
16. http://www.evox-rifa.com: Electrolytic Capacitors Application Guide, EVOX RIFA, pdf format.
17. http://www.epcos.com: Aluminum electrolytic capacitors, Snap-in capacitors, Series/Type: B41231, Date: November 2008, EPCOS AG 2008, pdf format.
18. http://www.evox-rifa.com: Aluminum electrolytic capacitors, Series/Type: PEH 536, EVOX RIFA, pdf format.
19. Колпаков А.И. Электролитические конденсаторы. Особенности применения и надежность. Электроника инфо. – 2003, №12, 2004, №1: http://electronica.nsys.by/ ; pdf format.
20. Глазенко Т.А., Томасов В. C . Методика анализа переходных процессов в выпрямителях с rC–фильтрами. Изв. вузов. Приборостроение. 1994. Т. 37, №11-12. c. 45 - 53.
21. Глазенко Т.А., Томасов В. C . Формирование и оптимизация переходных процессов при включении выпрямителей приборных систем с rC-фильтрами в питающую сеть. Изв. вузов. Приборостроение. 1995. Т. 38, № 7-8. c. 37 - 43.
22. http://www.infineon.com: BAS116 SERIES, Silicon Low Leakage Diode, Edition 2006-02-01, Published by Infineon Technologies AG, 81726 München, Germany, Infineon Technologies AG 2007, pdf format.
23. MATHCAD 6.0 PLUS. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 95./Перевод с англ. – М.: Информационно-издательский дом “Филинъ”, 1996. ( и др. изд.).
24. http://www.epcos.com: Aluminum electrolytic capacitors, SMD capacitors, Series/Type: B41112, Date: November 2008, EPCOS AG 2008, pdf format.
25. http://www.epcos.com: Aluminum electrolytic capacitors, Single-ended capacitors, Series/Type: B41042, Date: August 2008, EPCOS AG 2008, pdf format.
26. Худяков В.Ф., Хабузов В.А. Моделирование источников вторичного электропитания в среде matlab 7.x: учебное пособие / В.Ф. Худяков, В.А. Хабузов; ГУАП. – СПб., 2007. – 364 c., ил.
27. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учеб. пособие. СПб.: КОРОНА принт, 2001. – 320 с., ил.
28. Герман-Галкин С.Г. Cиловая электроника: Лабораторные работы на ПК. – СПб.: Учитель и ученик. КОРОНА принт, 2002. – 304 с., ил.
29. Черных И.В. Simulink: среда создания инженерных приложений / Под общ. ред. В. Г. Потемкина. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. – 496 с.
30. Черных И.В. SimPowerSystems: Моделирование электротехнических устройств и систем в Simulink. http://matlab.exponenta.ru/simpower/default.php
31. Ильина А.Г., Кардонов Г.А. Исследование однофазных трансформаторов в пакете MATLAB//. Изв. вузов. Приборостроение. 2003. Т. 46, № 6. c. 36-41.
32. Борисов П.А., Томасов В.С. Определение составляющих полной мощности энергоподсистем электротехнических комплексов // Exponenta Pro. Математика в приложениях. – 2004, № 1 (5), с. 40 - 44.
Интернет-ресурсы:
Диоды (Rectifier Diodes):
http://www.bourns.com/ProductFamily.aspx?name=diodes_family ,
http://www.fairchildsemi.com/ ,
http://www.infineon.com ,
http://www.irf.com ,
http://www.mitsubishichips.com/ ,
http://www.onsemi.com ,
http://www.platan.ru ,
http://www.vishay.com/diodes/ .
Электролитические конденсаторы ( Electrolytic Capacitors ):
http://www.epcos.com ,
http://www.evox-rifa.com ,
http://www.google.ru/alpha/Top/Business/Electronics_and_Electrical/Components/Capacitors_and_Resistors/Capacitors/ ,
http://www.interfacebus.com/Electrolytic_Capacitor_Manufacturers.html ,
http://www.jackcon.com.tw/products.html ,
http://www.jamicon.com.tw/index.php?lang=en ,
http://www.hitachiaic.com/ ,
http://www.hitachi-aic.com/english/products/catalog/capacitors.html ,
http://www.hitano.com ,
http://www.industrial.panasonic.com/eu/ ,
http://www.platan.ru ,
http://www.suntan.com.hk/products.html ,
http://www.yageo.com/pdf/yageo/E-Cap_All_2008.pdf .
Содержание
|
Глава 1. Общие принципы построения выпрямительных устройств ....
1.1. Структурная схема и классификация выпрямителей .......................
1.2. Основные схемы выпрямления ..................................................
1.3. Определение основных параметров и выбор элементов выпрямителя
1.4. Фильтры ...............................................................................
1.5. Особенности применения электролитических конденсаторов в
выпрямительных устройствах ...................................................
Глава 2. Методики анализа и расчета выпрямителей ........................
2.1. Анализ работы выпрямителя гармонического напряжения при
нагрузке, начинающейся с емкостного элемента ........................
2.2. Примеры расчета выпрямителя с емкостным фильтром ..................
2.3. Расчет выпрямителей при нагрузке, начинающейся с
индуктивного элемента ..........................................................
2.4. Пример расчета выпрямителя при нагрузке, начинающейся с
индуктивного элемента ............................................................
Глава 3. Моделирование электротехнических устройств в пакете MATLAB приложение Simulink .....................................................
3.1. Основной инструментарий приложения Simulink ..........................
3.1.1. Запуск системы MATLAB и приложения Simulink ....................
3.1.2. Состав библиотеки Simulink ……………………………………..
3.1.3. Измерительные блоки библиотеки Simulink (приемники сигналов
Sinks). Настройка осциллографа Scope …………………………..
3.1.4. Создание собственных измерительных блоков в Simulink.
Блок измерения углов отсечки вентилей …………………………
3.2. Моделирование электротехнических устройств в SimPowerSystems ..
3.2.1. Назначение и особенности библиотеки SimPowerSystems ……….
3.2.2. Разделы библиотеки SimPowerSystems …………………………..
3.2.3. Источники электрической энергии Electrical Sources …………….
3.2.4. Электротехнические элементы Elements …………………………
3.2.5. Особенности моделирования трансформаторных схем ………….
3.2.6. Измерительные устройства Measurements ……………………….
3.2.7. Модели полупроводниковых ключевых элементов в
SimPowerSystems ………………………………………………...
Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 1141; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!