Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Силовий польовий транзистор MOSFET



Призначення − моделювання силового польового транзистора з паралельно включеним зворотним діодом.

Вихідний порт блока m призначений для формування векторного Simulink-Сигналу із двох складових − струму «стік-джерело», напруги «стік-джерело» транзистора.

Модель MOSFET–транзистора складається з резистора Ron, індуктивності Lon і ключа SW, включених послідовно (рис. 3.6 а, 3.6 б).

Роботою ключа керує блок логіки. Включення приладу відбувається при позитивній напрузі «стік-джерело» і позитивному сигналі (g>0) на затворі. Вимикається прилад при зменшенні сигналу на затворі до нуля (g = 0). У випадку негативної напруги «стік-джерело» транзистор перебуває у виключеному стані, а струм проходить через зворотний діод. У моделі паралельно самому приладу включений демпфіруючий ланцюг з послідовно з'єднаних резистора і конденсатора.

На рис. 3.6 в представлені статичні вольт-амперні характеристики моделі польового транзистора MOSFET для включеного і виключеного станів.

Рис. 3.6. Схема заміщення транзистора MOSFET (а) у вигляді набору елементів (б) і його апроксимована вольт-амперна характеристика (в)

 

Вікно установки параметрів транзистора MOSFET виконано аналогічно вікну параметрів силового діода Diode.

Ідеальний ключ Ideal Switch

Призначення − моделювання ідеального ключа.

Модель ключа складається з резистора Ron і ключа SW, з'єднаних послідовно. Роботою ключа керує блок логіки.

Включення приладу відбувається при одиничному позитивному сигналі ( ) на керуючому вході. Вимикається прилад зменшенням сигналу на затворі до нуля (g = 0). У моделі паралельно самому приладу включено демпфіруючий ланцюг, що складається з резистора і конденсатора, з'єднаних послідовно.

 

Універсальний міст Universal Bridge

Призначення − моделювання універсального моста.

Модель дає змогу вибирати кількість плечей моста (від 1 до 3), вид напівпровідникових приладів (діоди, тиристори, ідеальні ключі, а також повністю керовані тиристори, IGBT- і Mosfet-Транзистори, зашунтовані зворотними діодами). У моделі можна вибрати вид затискачів А, В і С (вхідні або вихідні) (рис. 3.7 а).

Вікно задання параметрів:

Number of bridge arms − число плечей моста. Вибирається зі списку: 1, 2 або 3.

Port configuration − конфігурація портів. Параметр задає затискачам порту статус вхідних або вихідних затискачів. Значення параметра вибирається зі списку:



ABO as input terminals − затискачі А, В і С є вхідними;

ABC as output terminals − затискачі А, В і С є вихідними.

Snubber resistance Rs (Ohm) − опір демпфіруючого ланцюга (Ом).

Snubber capacitance Cs (F) − ємність демпфіруючого ланцюга (Ф).

Power Electronic device − вид напівпровідникових пристроїв моста. Значення параметра вибирається зі списку:

Diodes − діоди;

Thyristors − тиристори;

GTO/Diodes − повністю керовані тиристори, зашунтовані зворотними діодами;

MOSFET/Diodes − Mosfet-Транзистори, зашунтовані зворотними діодами;

IGBT/Diodes − Igbt-Транзистори, зашунтовані зворотними діодами;

 

Рис. 3.7. Універсальний міст з варіантами вибору вхідних та вихідних затискачів (а) й вікно настроювання його (б)

 

Ideal Switches − ідеальні ключі;

Measurements − вимірювані змінні.

Параметр для вибору переданих у блок Multimeter змінних, які можна спостерігати за допомогою блока Scope. Значення параметра вибираються зі списку:

None − немає змінних для відображення;

Device voltages − напруги на напівпровідникових пристроях;

Device currents − струми напівпровідникових пристроїв;

UAB UBC UCA UDC voltages − напруги на затискачах моста;

АН voltages and currents − усі напруги і струми моста.

Відображуваним сигналам у блоці Multimeter присвоювати мітки:

Uswl, Usw2, Usw3, Usw4, Usw5, Usw6 − напруги на ключах;

Iswl, lsw2, lsw3, Isw4, Isws, lsw6 − струми ключів;

Uab, Ubc, Uca, Udc − напруги на затискачах моста.

Крім наведених вище параметрів у вікні діалога задаються параметри для обраних напівпровідникових приладів.

 



Лінійний трансформатор Linear Transformer

Призначення − моделювання лінійного трансформатора.

Модель три- або двообмоткового однофазного трансформатора без врахування нелінійності характеристики намагнічування матеріалу сердечника. Схема заміщення трансформатора показана на рис. 3.8 а.

Рис. 3.8. Схема заміщення трансформатора

 

Вікно установки параметрів:

Nominal power and frequency [Pn(VA) fn(Hz)] − номінальна повна потужність (В∙А) і номінальна частота (Гц);

Winding 1 parameters [V1(Vrms) R1(pu) L1(pu)] − параметри первинної обмотки. Діюче значення напруги обмотки (В), активний опір (pu − відносні одиниці) та індуктивність розсіювання обмотки;

Winding 2 parameters − параметри вторинної обмотки (діюче значення напруги обмотки (В), активний опір (pu) та індуктивність розсіювання pu обмотки);

Three windings transformer − триобмотковий трансформатор. При встановленому прапорці трансформатор має дві вторинні обмотки, а якщо прапорець зняти, то одну;

Winding 3 parameters − параметри третьої обмотки (діюче значення напруги обмотки (В), активний опір (pu) та індуктивність розсіювання (pu) обмотки);

Magnetization resistance and reactance [Rm(pu) Lm(pu)] − ­­опір (pu) та індуктивність ланцюга намагнічування (pu);

Measurements − вимірювані змінні. Значення параметра вибираються зі списку:

Winding voltages − напруги обмоток;

Winding currents − струми обмоток;

Magnetization current − струм намагнічування;

АН voltages and currents − усі напруги та струми.

Активні опори та індуктивності обмоток, а також ланцюги намагнічування задаються у відносних одиницях. Для кожної обмотки відносні значення опору та індуктивності обчислюються з таких виразів:

  (3.1)

де R* і L* − відносні значення опору та індуктивності;

R і L – абсолютні значення опору та індуктивності;

базисний опір;

− базисна індуктивність;

Uн – номінальна напруга обмотки;

fн – номінальна частота змінного струму.

Параметри ланцюга намагнічування можна знайти через величину струму намагнічування, що задається у відсотках від номінального струму. Так, при струмі намагнічування, рівному 0,2%, опір та індуктивність ланцюгів намагнічування будуть рівні 1/0,002 = 500 (в. о.).

Взаємна індуктивність Mutual Inductance

Призначення − моделювання котушок або провідників, що мають магнітний зв'язок (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Схема заміщення індуктивностей із взаємним магнітним зв'язком

 

Вікно задання параметрів:

Winding 1 self impedance [Rl(Ohm) L1(H)] − власний опір та індуктивність першої обмотки;

Three windings Mutual Inductance — триобмоткова взаємна індуктивність. При знятому прапорці з моделі прибирається третя обмотка;

Winding 2 self impedance [R2(Ohm) L2(H)] − власний опір та індуктивність другої обмотки;

Winding 3 self impedance [R3(Ohm) L3(H)] − власний опір та індуктивність третьої обмотки;

Mutual impedance [Rm(Ohm) Lm(H)] − взаємний опір та індуктивність обмоток;

Measurements − вимірювані змінні. Значення параметра вибираються із списку:

None − немає змінних для відображення;

Winding voltages − напруги обмоток;

Winding currents − струми обмоток;

Winding voltages and currents − напруги і струми обмоток.

Параметри обмоток, що задаються, повинні задовольняти таким обмеженням:

  ((3.2)

При моделюванні схем з використанням взаємної індуктивності (так само, як і трансформаторів) слід мати на увазі, що незважаючи на відсутність видимого потенційного зв'язку між обмотками, такий зв'язок (через резистор) все-таки є. Вона необхідна для розрахунків потенціалів у вузлах усієї схеми. Наявність такого зв'язку не виявляє впливу на вимірювані струми й напруги обмоток взаємної індуктивності.

Нелінійний трансформатор Saturable Transformer

Призначення − моделювання три- або двообмоткового однофазного трансформатора з урахуванням нелінійності характеристики намагнічування матеріалу сердечника. Схема заміщення трансформатора показана на рис. 3.10 а.

У моделі опір ланцюга намагнічування Rm враховує активні втрати в сердечнику, а нелінійна індуктивність Lsat −насичення сердечника трансформатора. Нелінійна характеристика в моделі задається як кусково-лінійна залежність між магнітним потоком сердечника й струмом намагнічування (рис. 15 а). У моделі є можливість задати залишковий магнітний потік у сердечнику. У цьому випадку друга точка нелінійної характеристики повинна відповідати нульовому струму (рис. 15 б).

Рис. 3.10. Схема заміщення трансформатора з нелінійною характеристикою намагнічування сердечника

 

Рис. 3.11. Нелінійна характеристика намагнічування сердечника трансформатора при відсутности (а) та наявності (б) залишкового магнітного потоку

Вікно настроювання параметрів:

Nominal power and frequency [Pn(VA) fn(Hz)] − номінальна повна потужність (В∙А) і номінальна частота (Гц);

Winding 1 parameters [V1 (Vrms) R1(pu) L1(pu)] − параметри первинної обмотки. Діюче значення напруги (В), активний опір (в. о.) і індуктивність розсіювання (в. о.) первинної обмотки;

Winding 2 parameters − параметри вторинної обмотки. Діюче значення напруги (В), активний опір (в. о.) та індуктивність розсіювання (в. о.) вторинної обмотки;

Three windings transformer − трансформатор з трьома обмотками. При встановленому прапорці трансформатор має дві вторинні обмотки, а при знятому прапорці − одну;

Winding 3 parameters − параметри третьої обмотки. Діюче значення напруги (В), активний опір (в. о.) і індуктивність розсіювання (в. о.) третьої обмотки;

Saturation characteristic [il(pu) phil(pu); i2 phi2; ...] − характеристика насичення сердечника;

Core loss resistance and initial flux [Rm(pu) phi(pu)] or [Rm(pu)] only − опір ланцюга намагнічування (в. о.) і залишковий потік (в. о.) або тільки опір ланцюга намагнічування (в. о.);

Simulate hysteresis:− моделювання гістерезису. При встановленому прапорці в характеристиці намагнічування враховується гістерезис;

Hysteresis Data Mat file − ім'я файла даних, що містить гістерезисну характеристику. Файл даних може бути створений за допомогою блока Powergui;

Measurements − вимірювані змінні. Значення параметра вибираються зі списку:

Winding voltages − напруги обмоток;

Winding currents − струми обмоток;

Flux and excitation current (Imag Irm) − потік і струм холостого ходу;

Flux and magnetization current (Imag) − потік і струм намагнічування;

АН Measurements (V, I, Flux) − усі вимірювані напруги, струми й потік.

Активні опори й індуктивності обмоток, а також опора ланцюгів намагнічування задаються у відносних одиницях аналогічно моделі лінійного трансформатора.

Характеристика намагнічування задається парами значень намагнічуючого струму і потоку у відносних одиницях, починаючи із точки (0, 0). Відносні значення струму й потоку визначаються з виразів:

 

  (3.4)

де I* і Ф* − відносні значення струму й потоку, I і Ф − абсолютні значення струму й потоку;

− базисний струм;

− базисний потік;

Рн − номінальна потужність первинної обмотки;

U1 – номінальна напруга первинної обмотки;

fн – номінальна частота змінного струму.

Висновки

Для побудови Sps-Моделей пристроїв силової електроніки слід застосовувати віртуальні моделі основних видів ключових напівпровідникових елементів − діодів, тиристорів і транзисторів.

У віртуальні моделі напівпровідникових ключів введені елементи, що дають змогу врахувати їхні інерційні властивості при вимиканні, і спеціальні, що демпфірують ланцюги для зниження коливальних складових у кривих процесів перемикання.

Для спостереження характеру зміни струму й напруги на напівпровідниковому ключі введено спеціальний інформаційний порт для підключення осцилографа.

У віртуальних моделях трансформаторів використовуються елементи схеми заміщення, що містять опори провідників обмоток та індуктивності розсіювання, а також є можливість врахувати нелінійну характеристику насичення сердечника магнітопроводу.

Моделі випрямлячів та інверторів доцільно створювати на базі універсального моста, що містить різні варіанти ключів − діоди, тиристори, ідеальні ключі, а також повністю керовані тиристори, IGBT- і Mosfet-транзистори, зашунтовані зворотними діодами. При цьому число плечей моста вибирається від 1 до 3.

 


СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

 

 

1. Белов В.Ф. Автоматизация проектирования электромагнитной совместимости автономных преобразовательных систем. ­ Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 1993. ­− 36 с.

2. Вольский С.И., Сыроежкин Е.В., Чуев Д.В. Инструкция по CASPOS. ­ М.: МАИ, 2003. –­ 120 с.

3. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупровод-никовых систем в Matlab 6.0. ­ СПб.: Коронапринт, 2001. ­ − 320 с.

4. Жуйков В.Я. Сучик П.Д., Еременко М.А. ­ К.: Техніка, 1988. ­ 184с.

5. Иглин С.И. Математические расчеты на базе Matlab. ­ СПб.: БХВ-Петербург, 2005. ­− 640 с.

6. Кириленко О.В., Жуйков В.Я., Денисюк С.П., Рибіна О.Б. Системи силової електроніки та методи їх аналізу. ­ К.: Текст, 2006. −­ 488 с.

7. Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде Matlab и fuzzy-TECH. Спб.: БХВ-Петербург, 2003. ­− 736 с.

8. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств Designlab 8.0. ­ М.: Солон, 1999. –­ 320 с.

9. Тонкаль В.Е., Новосельцев А.В., Денисюк С.П. и др. Баланс энергий в электрических цепях. ­ К.: Наукова думка, 1992. –­ 312 с.

10.Черных И.В. «Simulink: Инструмент моделирования динамических систем». − М.: Диалог-МИФИ, 2003. ­− 252 с.

 

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!