Выбор электродвигателя Моделирование и анализ электронных схем Основы электротехники Методические указания Основы электроники Лабораторные работы Основы теории цепей

Курсовая Методики анализа и расчета выпрямителей

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 2º (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).

Система электроснабжения (СЭС) - это совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией. Она включает сети напряжения до 1 кВ и выше 1 кВ, связанные между собой трансформаторными подстанциями (ТП). Электроснабжение предприятий принято делить на внешнее и внутреннее. В систему внутреннего электроснабжения входит комплекс электротехнических сооружений от точки присоединения к энергосистеме до пункта приема электроэнергии предприятия: главной понизительной подстанции (ГПП) или центрального (главного) распределительного пункта (ЦРП, ГРП).
На главную сайта