Курсовая. Моделирование и анализ электронных схем

Физика

Конспекты
Контрольная работа
Задачник
Справочник по физике

Математика

Алгебра
Контрольная по математике

Методика решения задач
по электротехнике

Основы электротехники
Методические указания
Основы электроники
Курсовая работа
Лабораторные работы
Основы теории цепей

Курсовая работа

Проектирование электропривода
Моделирование и анализ
электронных схем

Информатика

Компьютерная  безопасность

Графика

Практика выполнения
технических чертежей
Констpуктоpские документы
Начертательная геометрия

Художественная культура и искусство

Первобытное искусство и мифология
Античное искусство
Эпоха Возрождения
Архитектура периода Киевской Руси
Немецкий романтизм
Экциклопедия по искусству
Стиль в литературе и искусстве
Литература Франции

Технология фотосъемки

Цифровая камера
Экспозиция
Установка правильной экспозиции
Диафрагма и глубина резкости
Процесс получения фотографии
Технологии маскирования
Композиция
Zoom объектив
Технология съемки портрета
Перспектива
Световой спектр
Изобразительные средства и приемы
Рука художника
Старые фотографии
Жанровая фотография

Туризм

Развитие туризма
Организация туристических комплексов

Оптимизация параметров вентильных электрических машин постоянного тока с аксиальным воздушным зазором

Уравнение электромагнитной мощности Несмотря на различные конструктивные исполнения, для анализа и синтеза вентильной машины с аксиальным зазором (ВМАЗ) можно применить единый подход. Для этого по аналогии с представим активную часть ВМАЗ в виде диска с равномерным токовым слоем, который пронизывается магнитными силовыми линиями

Постановка задачи синтеза Задача оптимального проектирования ЭМАЗ (задача синтеза) была поставлена в классической формулировке [5]: для заданных параметров (конкретного исполнения, материалов, исходных данных технического задания), при технологических ограничениях (минимально и максимально возможных размерах магнита, проводника), делая перебор независимых переменных по определенному алгоритму, определить геометрию, которая обеспечивала бы минимальное  значение конкретного выбранного критерия.

Для моделирования и анализа электронных схем, управляющих работой ВАМЗ в программе имеется процедура подключения к программе MicroCap7. При этом в программу MicroCap7 передается информация об ЭДС вращения в фазах.

Общие принципы построения выпрямительных устройств Производство и распределение электрической энергии в основном осуществляется на переменном токе, вследствие простоты трансформации напряжения. Однако значительная часть производимой электрической энергии (30-35%) используется на постоянном токе, в том числе и для передачи на расстояния.

Основные схемы выпрямления Однофазную, однополупериодную схему обычно применяют при выпрямленных токах до нескольких десятков миллиампер и в тех случаях, когда не требуется высокой степени сглаживания выпрямленного напряжения. Эта схема характеризу­ется низким коэффициентом использования трансформатора по мощности и большими пульсациями выпрямленного напряжения.

Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича) Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средним (нулевым) выводом вторичной обмотки трансформатора применяют в низковольтных устройствах. Он позволяет уменьшить вдвое число диодов и тем самым понизить потери, но имеет более низкий коэффициент использования трансформатора и, следовательно, большие габариты по сравне­нию с однофазным мостовым выпрямителем, который рассмотрен ниже. Обратное напряжение на диодах выше в этой схеме, чем в мостовой.

Мостовая схема (схема Греца) Однофазная мостовая схема характеризуется высоким коэффициентом использования трансформатора по мощности и поэтому может быть рекомендована для использования в устройствах повышенной мощности при выходных напряжениях от десятков до сотен вольт; пульсации такие же, как в предыдущей схеме. Достоинства – меньшее обратное напряжение на диодах в 2 раза, меньшие габариты, выше коэффициент использования трансформатора, чем в схеме со средней точкой. Недостаток – на диодах падение напряжения в 2 раза больше.

Трехфазная нулевая (схема звезда-звезда) В схему трехфазного выпрямителя со средней (нулевой) точкой входит трансформатор со вторичными обмотками, соединенными звездой. Выводы вторичных обмоток связаны с анодами трех вентилей. Нагрузка подключается к общей точке соединения катодов вентилей и среднему выводу вторичных обмоток

Трехфазная мостовая схема (схема Ларионова) обладает наилучшим коэффициентом использования трансформатора по мощности, наименьшим обратным напряжением на диодах и высокой частотой пульсации (шестипульсная) выпрямленного напряжения, что, в некоторых случаях, позволяет использовать эту схему без фильтра. Схема применяется в широком диапазоне выпрямленных напряжений и мощностей.

Коэффициент использования трансформатора для различных схем выпрямления при активной нагрузке Аналогично рассмотренной схеме со средней точкой могут быть определены габаритная мощность и коэффициент использования трансформатора по мощности для любых схем выпрямления при чисто активной нагрузке

Выпрямительные диоды Выпрямительные свойства полупроводниковых диодов характеризуются рядом параметров, определяющих токи и напряжения в прямом и обратном направлениях. Эти параметры определяются вольт-амперной характеристикой (ВАХ) диода

Выбор вентилей выпрямительного устройства

Классификация сглаживающих фильтров

Эквивалентная схема сглаживающего фильтра. Расчет индуктивно-емкостных фильтров.

Расчет Г-образного индуктивно-емкостного фильтра Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется более эффективно при помощи фильтров, составленных из повторяющихся Г-образных или П-образных звеньев. Для Г-образного LC-фильтра совместно с цепью нагрузки полное комплексное сопротивление

Особенности применения электролитических конденсаторов в выпрямительных устройствах При проектировании устройств электропитания схема фильтра и его параметры определяются исходя из требования сглаживания пульсаций выходного напряжения выпрямителя. На практике в фильтрах выпрямительных устройств наибольшее применение нашли электролитические конденсаторы (ЭК)

Ведущие зарубежные производители конденсаторов обычно указывают в технических данных на конденсатор величину  при температуре 20˚С и частоте тока 100 Гц (120 Гц)

Производители выпускают серии ЭК с различными сроками службы. Срок службы указывается для ЭК, работающего при номинальном рабочем напряжении  и максимальной рабочей температуре . Для стандартных серий ЭК срок службы обычно не превышает 2000 часов. Выпускаются серии АЭК с увеличенным сроком службы (Long Life), например серии FX, GX, HL2 фирмы Hitachi – 5000 часов. Существуют серии АЭК со сверхдолгим сроком службы (Extra Long Life), например серии XL1 – 10 000 часов или HXA – 20 000 часов (Hitachi) [15]. Срок службы гарантируется, если выполняются эксплуатационные требования во всех режимах работы ЭК.

Методики анализа и расчета выпрямителей

Анализ работы выпрямителя гармонического напряжения при нагрузке, начинающейся с емкостного элемента Проведем анализ работы выпрямителя гармонического напряжения с нагрузкой, начинающейся с емкостного элемента, и рассмотрим процессы в многофазных схемах выпрямителей. Возьмем в качестве вентиля идеализированный диод с потерями, а в трансформаторе учтем только сопротивления обмоток.

Емкость конденсатора сказывается не только на пульсациях выпрямленного напряжения, но и на форме импульса тока вентиля. При очень большой емкости конденсатора выходное напряжение почти постоянно и импульс тока симметричен, т.к. углы отсечки  и  равны. При уменьшении емкости импульс немного искажается по форме и сдвигается в сторону опережения. Угол отсечки  становится больше угла .

Трудность возникает при расчете коэффициента пульсаций выпрямителей, поскольку, положив , приняли пульсации выпрямителя равными нулю. Однако если пульсации выходного напряжения небольшие, то и отклонения формы тока вентиля от косинусоидальной также окажутся небольшими. В результате для расчета переменной составляющей тока всех вентилей, проходящей через выходной конденсатор выпрямителя и определяющий его пульсации, можно воспользоваться формулой (2.9), но уже не как точной, а как приближенной

Учитывая то, что на фильтре знакопостоянное напряжение, конденсатор следует выбирать полярный, c номинальным напряжением не менее чем на 10% больше чем напряжение холостого хода выпрямителя (на случай скачков напряжения в электросети). Также следует учесть изменение емкости конденсатора в течение минимальной наработки, допустимое отклонение емкости, при этом допустимые напряжения переменной составляющей пульсирующего тока не должны превышать предельных значений для выбранного типа конденсатора. Переменная составляющая пульсирующего напряжения рассчитывается согласно

Действующее значение ЭДС вторичной обмотки трансформатора

Решение задачи выбора типа ЭК удовлетворяющего заданным параметрам на практике довольно часто оказывается неоднозначным, поскольку при ее решении необходимо учитывать множество аспектов. Поясним это на примере данной задачи.

Для приближенного расчета переменной составляющей тока всех вентилей, проходящей через выходной конденсатор выпрямителя, воспользуемся формулой

Расчет выпрямителей при нагрузке, начинающейся с индуктивного элемента Выпрямитель гармонического напряжения при нагрузке, начинающейся с индуктивного элемента

Модель выпрямителя с учетом активных сопротивлений в фазах В модели выпрямителя, учитывающей влияние сопротивлений r в фазах выпрямителя, т.е. внутреннее сопротивление вентилей (идеализированный вентиль с потерями) и сопротивления обмоток трансформатора, это влияние сводится в основном к снижению выпрямленного напряжения пропорционально току .

Методика расчета выпрямителя при нагрузке, начинающейся с индуктивного элемента Исходные данные для расчета выпрямителя при нагрузке, начинающейся с индуктивного элемента, должны содержать: напряжение питающей сети ; число фаз питающей сети ; частоту питающей сети ; выпрямленное напряжение ; выпрямленный ток .

Рассчитать выпрямитель, создающий на нагрузке постоянное напряжение   = 120 В при токе  = 10 А. Питающая сеть - промышленная трехфазная с нулем (четырехпроводная) 220/380 В, 50 Гц. Коэффициент пульсаций напряжения в нагрузке по первой гармонике  = 0,012.

Моделирование электротехнических устройств в пакете MATLAB приложение Simulink

Состав библиотеки Simulink В библиотеку приложения Simulink входит ряд разделов. Для знакомства с ними откроем окно MATLAB и соответствующей кнопкой вызовем окно обозревателя Simulink Library Browser

Измерительные блоки библиотеки Simulink (приемники сигналов Sinks). Настройка осциллографа Scope. Вызовем подраздел Sinks (приемники сигналов) в окне обозревателя Simulink. В этом подразделе библиотеки Simulink располагаются блоки для измерения и контроля сигналов, а также для наблюдения за ними и регистрации. Наиболее часто используемое измерительное устройство – осциллограф (Scope), который подробно рассматривается в этом разделе.

Создание собственных измерительных блоков в Simulink. Блок измерения углов отсечки вентилей. Библиотека Simulink содержит большой набор стандартных блоков, которые позволяют создавать собственные измерительные блоки. Среди стандартных измерительных блоков SimPowerSystems отсутствует блок измерения углов отсечки вентилей. Производить измерения углов в схемах с “токовой отсечкой”, характерной для выпрямителя с емкостным фильтром, по данным графиков тока довольно трудоемко, поэтому необходимо разработать блок (схему) измерения углов отсечки.

Моделирование электротехнических устройств в SimPowerSystems Назначение и особенности библиотеки SimPowerSystems Программа SimPowerSystems содержит набор блоков для построения виртуальных моделей электрических цепей, источников вторичного электропитания и устройств силовой электроники. Используя библиотеки Simulink и SimPowerSystems с применением функций и команд MATLAB, пользователь может не только имитировать работу устройств во временной области, но и изучать их частотные свойства, оценивать динамические параметры и осуществлять гармонический анализ токов и напряжений

Электротехнические элементы Elements

Трехфазный трансформатор Three-Phase Transformer (Two Windings)

Измерительные устройства Measurements

Пример. Построим зависимости модуля и аргумента импеданса в функции частоты для схемы замещения реального ЭК серии HP3 (Hitachi AIC) на рабочее напряжение  = 160 (В) и емкостью С = 470 (мкФ).

Модели полупроводниковых ключевых элементов в SimPowerSystems В разделе Power Electronics библиотеки SimPowerSystems содержатся блоки, представляющие собой виртуальные модели полупроводниковых элементов: диодов, тиристоров и транзисторов. Полупроводниковые элементы из указанной библиотеки применяются только в качестве ключей и, к сожалению, не предусмотрено их использование в аналоговом режиме. Сразу же отметим, что среди упомянутых ключей отсутствует биполярный транзистор по причине постепенной замены на практике транзисторов этого типа на мощные полевые транзисторы.

Примеры моделирования выпрямителя с емкостным фильтром в пакете MATLAB \ Simulink Пример. 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.

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.

Полученные на модели результаты сходятся с расчетными с очень высокой точностью

Создадим модель выпрямителя с трансформатором и проведем моделирование системы

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.

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

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.

Пример моделирования выпрямителя с индуктивно-емкостным фильтром в пакете MATLAB \ Simulink Перед моделированием необходимо задать параметры моделирования в соответствующем меню модели “Simulation\Simulation Parameters…” (Ctrl+E).

На главный раздел сайта: Выполнение курсовой