Қазақстан Республикасының


Тема «Имитационное моделирование с использованием библиотеки блоков Sim Power Systems. Элементы силовой электроники Power Electronics»



жүктеу 0.78 Mb.
бет5/6
Дата24.09.2017
өлшемі0.78 Mb.
1   2   3   4   5   6

5.5 Тема «Имитационное моделирование с использованием библиотеки блоков Sim Power Systems. Элементы силовой электроники Power Electronics»




5.5.1 Цель и содержание работы

Целью работы является ознакомление с разделом Power Electronics (устройства силовой электроники) библиотеки блоков SimPowerSystems, изучение параметров и назначения блоков, применение блоков при построении схем моделирования электротехнических систем.



5.5.2 Краткие теоретические сведения

Power Electronics - устройства силовой электроники. В библиотеку включены модели силовых полупроводниковых элементов, диода, тирис­тора, IGBT-транзистора и тому подобных элементов. Кроме того, в биб­лиотеке находятся модель универсального моста и модель трехуровнево­го моста.


1) Силовой диод Diode
Пиктограмма:


Назначение:

Блок Diode моделирует полупроводниковый силовой диод.

Модель диода состоит из последовательно включенных резистора Ron, индук­тивности Lon, источника постоянного напряжения Uf и ключа SW (рисунок 19). Блок логики управляет работой ключа. При положительном напряжении на дио­де (Uak - Uf) происходит замыкание ключа и через прибор начинает протекать ток. Размыкание ключа (выключение диода) происходит при снижении тока lak, протекающего через диод, до нуля.


Рисунок 19 – Модель диода
Статическая вольт-амперная характеристика модели диода показана на рисунке 20.

В модели параллельно самому диоду включена последовательная RC-цепь, выполняющая демпфирующие функции.


Рисунок 20 – Статическая вольт-амперная характеристика модели диода


Параметры блока:

Resistance Ron (Ohm): [Сопротивление во включенном состоянии (Ом)].

Inductance Lon (Н): [Индуктивность во включенном состоянии (Гн)].

Forward voltage Vf (V): [Падение напряжения в прямом направлении (В)].

Initial current Ic (А): [Начальное значение тока (А)]. При значении параметра, равном нулю, моде­лирование начинается при закрытом состоянии диода. Если параметр задан поло­жительным значением, то моделирование будет начато при открытом состоянии диода.

Snubber resistance Rs (Ohm): [Сопротивление демпфирующей цепи (Ом)].



Snubber capacitance Cs (F): [Емкость демпфирующей цепи (Ф)].

Show measurement port: [Показать измерительный порт]. При установленном флажке на пиктограмме блока появляется выходной порт т, на котором формируется векторный Simu-link-сигнал из двух элементов. Первый элемент - анодный ток диода, второй - напряжение анод-катод диода.
2)Тиристор Thyristor, Detailed Thyristor
Пиктограмма:




Назначение:

Моделирует тиристор. В библиотеке SimPowerSystems имеются две модели ти­ристора: Thyristor (упрощенная модель) и Detailed Thyristor (уточненная модель).

Упрощенная модель тиристора состоит из последовательно включенных ре­зистора Ron, индуктивности Lon, источника постоянного напряжения Uf и ключа SW (рисунок 21). Блок логики управляет работой ключа. При положительном на­пряжении на тиристоре (Uak - Uf) и наличии положительного сигнала на управ­ляющем электроде (g) происходит замыкание ключа и через прибор начинает протекать ток. Размыкание ключа (выключение тиристора) выполняется при снижении тока lak, протекающего через тиристор, до нуля и нулевом управляю­щем сигнале.

В уточненной модели тиристора длительность управляющего импульса должна быть такой, чтобы при включении анодный ток тиристора превысил ток удержания (II). В противном случае включение не произойдет. При выключении тиристора длительность приложения отрицатель­ного напряжения анод-катод должна превышать время выключения тиристо­ра (Tq). В противном случае произойдет автоматическое включение тиристора, даже если управляющий сигнал равен нулю.


Рисунок 21 – Упрощенная модель тиристора


Статические вольт-амперные харак­теристики модели тиристора для вклю­ченного и выключенного состояний по­казаны на рисунке 22.

В модели параллельно самому тиристору включена последовательная RC-цепь, выполняющая демпфирующие функции.


Рисунок 22 – Статические вольт-амперные характеристики модели тиристора


Параметры блока:

Resistance Ron (Ohm): [Сопротивление во включенном состоянии (Ом)],

Inductance Lon (Н): [Индуктивность во включенном состоянии (Гн)].

Forward voltage Vf (V): [Падение напряжения в прямом направлении (В)].

Initial current Ic (А): [Начальное значение тока (А)]. При значении параметра, равном нулю, моде­лирование начинается при закрытом состоянии тиристора. Если параметр задан положительным значением, то моделирование будет начато при открытом состоя­нии тиристора.

Snubber resistance Rs (Ohm): [Сопротивление демпфирующей цепи (Ом)].

Snubber capacitance Cs (F): [Емкость демпфирующей цепи (Ф)].

Latching current Ii (А): [Величина тока удержания (А)]. Параметр задается в уточненной модели ти­ристора.

Turn of time Tq (s): [Время выключения (с)]. Параметр задается в уточненной модели тиристора.

Show measurement port: [Показать измерительный порт]. При установленном флажке на пиктограмме блока появляется выходной порт т, на котором формируется векторный Simulink-сигнал из двух элементов. Первый элемент - анодный ток тиристора, второй - напряжение анод-катод тиристора.

3) Биполярный транзистор IGBT
Пиктограмма:




Назначение:

Моделирует биполярный транзистор с изолированным затвором.

Модель IGBT транзистора состоит из последовательно включенных резистора Ron, индуктивности Lon, источника постоянного напряжения Uf и ключа SW (рисунок 23). Блок логики управляет работой ключа. Включение прибора происхо­дит в случае, если напряжение коллектор-эмиттер положительно и больше, чем Uf, и на затвор транзистора подан положительный сигнал (g > 0). Выключение прибора происходит при уменьшении сигнала на затворе до нуля (g = 0). При от­рицательном напряжении коллектор-эмиттер транзистор находится в выключен­ном состоянии.

Рисунок 23 – Модель IGBT транзистора


Статические вольт-амперные характеристики модели IGBT транзистора для включенного и выключенного состояний показаны на рисунке 24.


Рисунок 24 - Статические вольт-амперные характеристики модели IGBT транзистора
В модели параллельно самому прибору включена последовательная RC-цепь, выполняющая демпфирующие функции.

В модели учитывается также конечное время выключения транзистора. Про­цесс выключения разбит на два участка (рисунок 25) и характеризуется, соответственно, временем спада (Tf), при котором ток коллектор-эмиттер уменьшается до 0,1 от тока в момент выключения (Imax), и временем затягивания (Tt), при ко­тором ток уменьшается до нуля.



Рисунок 25 – Процесс выключения IGBT транзистора


Параметры блока:

Resistance Ron (Ohm): [Сопротивление во включенном состоянии (Ом)].

Inductance Lon (Н): [Индуктивность во включенном состоянии (Гн)].

Forward voltage Vf (V): [Падение напряжения в прямом направлении (В)].

Current 10% fall time Tf (s): [Время спада тока до уровня 0,1 от тока в момент выключения (с)].

Current tail time Tt (s): [Время затягивания (с)]. Время, за которое ток уменьшится до нуля от уровня 0,1 тока в момент выключения.

Initial current Ic (А): [Начальное значение тока (А)]. При значении параметра, равном нулю, моде­лирование начинается при закрытом состоянии прибора. Если параметр задан положительным значением, то моделирование будет начато при открытом состоя­нии прибора.

Snubber resistance Rs (Ohm): [Сопротивление демпфирующей цепи (Ом)].

Snubber capacitance Cs (F): [Емкость демпфирующей цепи (Ф)].

Show measurement port: [Показать измерительный порт]. При установленном флажке на пиктограмме блока появляется выходной порт т, на котором формируется вектор­ный Simulink-сигнал из двух элементов. Первый элемент - ток коллектор-эмиттер транзистора, вто­рой - напряжение коллектор-эмиттер транзистора.
4) Транзистор Mosfet
Пиктограмма:




Назначение:

Моделирует силовой полевой транзистор с параллельно включенным обрат­ным диодом.

Модель Mosfet транзистора состоит из последовательно включенных резисто­ра Ron, индуктивности Lon и ключа SW (рисунок 26). Блок логики управляет рабо­той ключа. Включение прибора происходит в случае, если напряжение сток-исток положительно и на затвор транзистора подан положительный сигнал (g > 0). Выключение прибора происходит при уменьшении сигнала на затворе до нуля (g = 0). При отрицательном напряжении сток-исток транзистор находится в вык­люченном состоянии и ток проводит обратный диод.

Рисунок 26 – Модель Mosfet транзистора


Статические вольт-амперные харак­теристики модели Mosfet транзистора для включенного и выключенного со­стояний показаны на рисунке 27.

В модели параллельно самому прибо­ру включена последовательная RC-цепь, выполняющая демпфирующие функции.



frame12

Рисунок 27 – Статические вольт-амперные характеристики модели Mosfet транзистора


Параметры блока:

Resistance Ron (Ohm): [Сопротивление во включенном состоянии (Ом)].

Inductance Lon (Н): [Индуктивность во включенном состоянии (Гн)].

Initial current Ic (А): [Начальное значение тока (А)]. При значении параметра, равном нулю, моде­лирование начинается при закрытом состоянии прибора. Если параметр задан положительным значением, то моделирование будет начато при открытом состоя­нии прибора.

Internal diode resistance Rd (Ohms): [Внутреннее сопротивление диода во включенном состоянии (Ом)].

Snubber resistance Rs (Ohm): [Сопротивление демпфирующей цепи (Ом)].

Snubber capacitance Cs (F): [Емкость демпфирующей цепи (Ф)].

Show measurement port: [Показать измерительный порт]. При установленном флажке на пиктограмме блока появляется выходной порт т, на котором формируется векторный Simulink-сигнал из двух элементов. Первый элемент - ток сток-исток транзисто­ра, второй - напряжение сток-исток транзистора.


5) Полностью управляемый тиристор GTO Thyristor
Пиктограмма:



Назначение:

Блок GTO Thyristor моделирует полностью управляемый тиристор.

Модель полностью управляемого тиристора состоит из последовательно включенных резистора Ron, индуктивности Lon, источника постоянного напря­жения Uf и ключа SW (рисунок 28). Блок логики управляет работой ключа. При положительном напряжении на тиристоре (Uak - Uf) и наличии положительного сигнала на управляющем электроде (g) происходит замыкание ключа и через при­бор начинает протекать ток. Для выключения прибора достаточно управляющий сигнал снизить до величины, равной нулю.

Рисунок 28 – Модель полностью управляемого тиристора


Статические вольт-амперные ха­рактеристики модели полностью управляемого тиристора для вклю­ченного и выключенного состояний показаны на рисунке 29.

Рисунок 29 – Статические вольт-амперные характеристики модели полностью управляемого тиристора

В модели параллельно самому ти­ристору включена последовательная RC-цепь, выполняющая демпфи­рующие функции.

В модели учитывается также ко­нечное время выключения тиристо­ра. Процесс выключения разбит на два участка (рисунок 30) и характеризуется, соответственно, временем спада (Tf), при котором анодный ток уменьшается до 0,1 от тока в момент выключения (Imax), и временем затягивания (Tt), при котором анодный ток уменьшается до нуля.




Рисунок 30 – Процесс выключения полностью управляемого тиристора
Параметры блока:

Resistance Ron (Ohm): [Сопротивление во включенном состоянии (Ом)].

Inductance Lon (Н): [Индуктивность во включенном состоянии (Гн)].

Forward voltage Vf (V): [Падение напряжения в прямом направлении (В)].

Current 10% fall time Tf (s): [Время спада тока до уровня 0,1 от тока в момент выключения (с)].

Current tail time Tt (s): [Время затягивания (с)]. Время, за которое ток уменьшится до нуля от уровня 0,1 тока в момент выключения.

Initial current Ic (А): [Начальное значение тока (А)]. При значении параметра, равном нулю, моде­лирование начинается при закрытом состоянии прибора. Если параметр задан положительным значением, то моделирование будет начато при открытом состоя­нии прибора.

Snubber resistance Rs (Ohm): [Сопротивление демпфирующей цепи (Ом)].

Snubber capacitance Cs (F): [Емкость демпфирующей цепи (Ф)].

Show measurement port: [Показать измерительный порт]. При установ­ленном флажке на пиктограмме блока появляется выходной порт т, на котором формируется вектор­ный Simulink-сигнал из двух элементов. Первый элемент - анодный ток тиристо­ра, второй - напряжение анод-катод тиристора.



5.5.3 Задание по вариантам



Вариант 1
Построить модель по схеме, изображенной на рисунке 31, в которой силовой диод использует­ся в схеме для моделирования однополупериодного выпрямителя, рабо­тающего на активно-индуктивную нагрузку.

Привести графики тока в нагрузке и напряжения на нагрузке к виду, показанному на рисунке 31.




Рисунок 31 - Модель однополупериодного выпрямителя
Вариант 2
Построить схему, показанную на рисунке 32, модели управляемого однополупериодного вы­прямителя, работающего на активно-индуктивную нагрузку. В схеме использова­на упрощенная модель тиристора. Импульсы управления тиристором формиру­ются блоком Pulse Generator, при этом величина угла управления тиристором определяется длительностью фазовой задержки (Phase Delay) генератора.

Привести графики тока в нагрузке и напряжения на нагрузке к виду, показанному на рисунке 29.


Рисунок 32 – Модель управляемого однополупериодного выпрямителя



Вариант 3
Построить схему, показанную на рисунке 33, модели нереверсив­ного широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения с параллельным включением транзистора по отношению к нагрузке.

Привести графики напряжения и тока в актив­но-емкостной нагрузке к виду, показанному на рисунке 33.




Рисунок 33 – Модель нереверсивного широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения
Вариант 4
Построить схему, показанную на рисунке 34, модели полумостового однофазного инвертора, работающего на RLC-нагрузку.

Привести графики напря­жения и тока в нагрузке к виду, показанному на рисунке 34.





Рисунок 34 – Модель полумостового однофазного инвертора



Вариант 5
Построить схему, показанную на рисунке 35, модели импульсного регулятора напряжения. Ве­личина среднего значения напряжения на нагрузке такого регулятора зависит от скважности управляющих импульсов. На рисунке представлены также графики напряжения и тока в нагрузке.

Привести графики напряжения и тока в нагрузке к виду, показанному на рисунке 35.





Рисунок 35 – Схема модели импульсного регулятора напряжения







Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет