5. МОДЕЛИРОВАНИЕ КЛЮЧЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
5.1. Общие положения
Ключи могут быть как самостоятельными элементами схемы имитационной модели, так и являться составной частью моделей типовых элементов электрической системы.
Комплекс допускает неуправляемые и управляемые ключи. К неуправляемым ключам относятся: диод, выключатель и разрядник.
К управляемым ключам относятся: управляемый вентиль и управляемый разрядник.
При описании ключевых элементов должно быть указано их исходное состояние
(проводящее или непроводящее), дана характеристика ключа с учетом свойств реального
устройства и его эквивалента (напряжение замыкания, ток отключения, и др.).
Состояние ключевых элементов в процессе расчета устанавливается на
основе анализа условий, которые называются критериями коммутации.
Программные средства имитационной модели, анализирующие мгновенные значения токов и напряжений для ключевых элементов, получаемые при решении уравнений описания переходных процессов на интервале неизменности структуры расчетной схемы, и определяющие момент очередной коммутации и списки коммутируемых ключей, названы анализатором состояния ключей.
После определения очередного момента коммутации имитационная модель обеспечивает:
- расчет значений переменных процесса на момент коммутации до изменения состояния ключей;
- изменение состояния ключей;
- анализ расчетной схемы с целью выявления вторичных коммутаций и их исполнения;
- анализ расчетной схемы с целью выявления мгновенных изменений начальных условий и их определение.
Имитационная модель предполагает два способа расчета мгновенных значений переменных процесса на момент коммутации до изменения состояния ключей: интерполированием и интегрированием.
Первый способ реализует сплайновую интерполяцию мгновенных значений переменных процесса по трем точкам. Если на интервале неизменности структуры расчетной схемы три точки еще не получены, то интерполяция сплайном автоматически заменяется линейной
интерполяцией.
Второй способ предполагает возврат к последней точке фактического решения и определение значений переменных процесса на момент коммутации с использованием процедуры интегрирования.
Втоpой способ определения начальных условий является более точным, но требует значительных вычислительных затрат. По этой причине использование пpоцедуры интерполирования является наиболее предпочтительным.
5.2. Критерии коммутации ключей
Состояние ключевых элементов устанавливается с учетом:
- величины прикладываемого напряжения;
- величины и знака производной протекающего тока;
- величины фактического угла погасания;
- импульса управления;
- момента внешнего воздействия на структуру расчетной схемы.
Поясним суть факторов, которые учитываются при решении вопроса о состоянии ключей.
1. ВЕЛИЧИНА ПРИКЛАДЫВАЕМОГО НАПРЯЖЕНИЯ. После превышения напряжения на ключе, который находится в непроводящем состоянии, заданной величины, называемой напряжением замыкания, ключ переводится в проводящее состояние. Для ключей типа "выключатель", "разрядник" и "упpавляемый азрядник" достаточно превышения модуля напряжения. Для управляемых ключей, в случае если их непроводящие свойства восстановлены, необходимо наличие импульса управления.
Напряжение замыкания, равное или превосходящее 10Е+10 В считается недостижимым.
Если после замыкания ключа к концу первого шага ток ключа сохранит нулевое значение, то в момент времени, соответствующий концу шага, анализатор состояния вновь переведет ключ в непроводящее состояние.
2. ВЕЛИЧИНА И ЗНАК ПРОИЗВОДНОЙ ПРОТЕКАЮЩЕГО ТОКА. Если ток ключа уменьшился до заданной величины, называемой током размыкания, то осуществляется перевод ключа в непроводящее состояние.
Для ключей, которые относятся к типу "управляемый вентиль" или "диод", размыкание осуществляется, если производная тока имеет отрицательное значение, т.е. ток уменьшается до заданной величины. Для ключей типа "выключатель", "разрядник" и "упpавляемый pазpядник" - при достижении модуля протекающего тока заданного значения без анализа знака производной.
Ток отключения, по модулю равный или превосходящий 10Е+10 А, считается недостижимым.
3. УГОЛ ПОГАСАНИЯ. В случае недостаточного интервала времени для восстановления непроводящих свойств управляемых ключей, т.е. интервала от момента размыкания ключа до момента появления положительного анодного напряжения, они переводятся в проводящее состояние при выполнении критерия коммутации по напряжению без наличия управляющего импульса.
4. ИМПУЛЬС УПРАВЛЕНИЯ. Различаются управляющие импульсы, импульсы "на замыкание" и запирающие импульсы. После восстановления непроводящих свойств управляемые ключи при выполнении критерия коммутации по напряжению переводятся в проводящее состояние только при наличии управляющего импульса. При поступлении импульса "на замыкание" или запирающего импульса ключи всех типов переводятся в указанное состояние без анализа выполнения других условий.
Импульсы управления генерируются блоками имитационной модели, которые реализуют системы управления и законы регулирования.
5. ВНЕШНЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ. При достижении временем расчета заданного значения возможно изменение состояния указанных ключей. Изменение состояния производится в независимости от других условий и допустимо для ключевых элементов всех типов. Моменты таких изменений задаются специальным блоком, который назван драйвером внешних воздействий (BLT019).
При отработке внешнего воздействия производится изменение критериев коммутации ключей. Допустимы фиктивные внешние воздействия, т.е. перевод ключа в состояние, в котором он уже находится. Это позволяет для воспроизведения желаемой логики срабатывания ключей с некоторого момента изменить их критерии коммутации.
Принятые в имитационной модели критерии коммутации ключей позволяют моделировать как нормальное функционирование коммутационного оборудования, так и всевозможные аварийные ситуации, связанные с пробоем, термическим повреждением, обрывом, коротким замыканием части оборудования, их устранением т.д.
Допустимость импульсов "на замыкание" и запирающих импульсов позволяет воспроизводить системы управления с искусственной коммутацией без схемного моделирования высокочастотных цепей, которые ее обеспечивают. Учет таких импульсов позволяет применять управляемые схемы замещения сложного коммутирующего оборудования (ОПН, триоды и т.д.).
Возможность внешнего воздействия на структуру исследуемой расчетной схемы позволяет также, задав наиболее общую схему, проводить ее структурную модификацию.
Пpи задании кpитеpиев коммутации следует иметь в виду, что величины напpяжения замыкания 10000000000.0 В и тока отключения"плюс" или "минус" 10000000000.0 А являются недостижимыми даже пpи втоpичных коммутациях, когда имеют место бесконечные воздействия.
5.3. Определение моментов коммутации
Моменты выполнения условий, приводящих к изменению состояния ключей, определяется сплайновой интерполяцией по трем точкам. В случае, если на интервале неизменности структуры расчетной схемы три точки еще не получены, то интерполяция сплайном заменяется линейной интерполяцией. Эта ситуация имеет место при каскадных коммутациях на одном шаге расчета.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.