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

Курсовая Методики анализа и расчета выпрямителей

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.

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