Моделирование цепейМетоды расчетов в электротехнике

July 2, 2013 by admin Комментировать »

Множество цепей в силовой электронике можно смоделировать и изучить с помощью несложных компьютерных программ. Большинство инженеров предпочитают использовать покупные программы моделирования цепей, однако особая заслуга состоит в том, чтобы самостоятельно написать простенькую программку для изучения, например, переходных процессов в электрической цепи. Пример, приведенный ниже, написан на языке BASIC, но он легко может быть переведен на язык С или на любой другой язык программирования. Смысл всего этого — научиться обращаться с моделированием.

На Рис. 3.2 приведена схема, которую автор разработал несколько лет назад. Это схема управления электродуговьш нагревателем с регулировкой тока, а задача состояла в определении броска тока при зажигании дуги. Преобразователь использовался 24-пульсационного типа со сравнительно быстродействующей петлей обратной связи (ОС) по току (2000 рад/с). В состав системы входили нелинейный выходной индуктор, фильтр в цепи обратной связи, схема задержки и несколько опторазвязок, ограничивавших максимальную скорость изменения выходного напряжения и броски напряжения при зажигании дуги. На Рис. 3.3 приведены результаты моделирования. Трудно их как-либо комментировать, отметим только, что бросок тока не превышает 270% от установленного значения, что вполне допустимо в данном случае. Еще заметен незначительный провал и вслед за ним выброс, перед тем как ток достигнет стационарного значения.

Рис. 3.2. Схема управления электродуговъш нагревателем

Рис. 3.3. Графики напряжения и тока при включении дуги, полученные путем моделирования

При моделировании использовались следующие исходные данные1*:

•                Начальное напряжение — 0 В (схема включается при t = 0).

•                Начальный ток — 0.01 А (чтобы индуктивность имела конечное значение).

•                Напряжение зажигания — 600 В.

•                Сопротивление дуги — 0.25 Ом.

•                Индуктор — индуктивность обратно пропорциональна току

до токов в 1.1 раза больше номинального, с границами изменения от 10 мГн (максимум) до 1.1 мГн (минимум).

•                Цепь обратной связи — трехкаскадный фильтр с полюсами

на частоте 2000 рад/с. Фильтр одновременно осуществляет обратную связь и исключает дребезг в цифровой части схемы.

•                Схема задержки — задержка 1 мс моделирует задержки включения тиристоров и прохождения сигнала через цифровую часть схемы.

•                Регулятор — опережающего типа, 250 рад/с для согласования с постоянной времени нагрузки 4 мс.

•                Ограничение максимальной скорости изменения выходного напряжения — 10%/мс для синусоиды 50 Гц.

•                Заданный ток — 100 А.

3.1. Программы для моделирования

В настоящее время доступно множество программ, позволяющих моделировать почти любые процессы в электронных цепях. В них, как правило, включены параметры компонентов, и программы устанавливаются так, что представление о поведении цепи получается легко и быстро. Все они детально описаны в Интернете, и большинство из них имеют версии для студентов, ограниченные по возможности или по времени версии, или ознакомительные пакеты. Комментарии, приведенные ниже, следует использовать с учетом быстрого развития этого вида программного обеспечения.

•                MATLAB — это интерактивная программа для цифровых расчетов и визуализации данных, которая используется специалистами по системам управления для анализа и проектирования. Многочисленные инструментальные средства, такие как SIMULINK, подпрограмма для решения дифференциальных уравнений, дают возможность моделирования систем в динамическом режиме работы. Она обеспечивает интерактивное графическое окружение и настраиваемый блок

11 Сам текст программы не приводится, в связи с тем что в современных компьютерахязык BASIC практически не применяется. — Примеч. пер.

библиотек, которые используются при конструировании, моделировании и разработке схем управления, сигнальных процессоров, систем связи и других систем с изменяющимися во времени параметрами.

•                MATHCAD — программа, позволяющая документировать и выполнять расчеты при конструировании. Она может объединять математические записи, текст и графические изображения на одном рабочем листе. Она позволяет фиксировать использованные методы и цифровые данные, использованные при проектировании.

•                Spice — одна из ранних программ для моделирования. Она позволяет нарисовать схему прямо на экране дисплея. Имеется несколько библиотек параметров элементов. Можно анализировать как стационарный, так и переходной режим работы схемы. Сейчас есть много подобных программ, например PSpice, Saber и Micro-Cap. Некоторые из них прямо совместимы с программой Spice.

•                ElectroMagnetic Transient Program (EMTP) — предназначена преимущественно для анализа переходных процессов в силовых электрических системах. Ее варианты применимы и для стационарной работы. Эта программа разработана и поддерживается консорциумом электротехнических компаний и ассоциированных организаций. Ядро этой программы имеет бесплатный доступ.

Выше приведено лишь несколько наиболее популярных образцов программного обеспечения для анализа схем и цепей. Большинство из этих программ может быть приобретено через Интернет, а некоторые версии для студентов могут быть загружены и бесплатно.

Источник: Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI, 2008. — 252 c.: ил. (Серия «Силовая электроника»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты