Моделирование управляемого выпрямителя на ЭВМ. Принципиальная схема двухполупериодного управляемого выпрямителя

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

_____________________________________________________________________

Кафедра "Системы автоматического управления"

УДК __621.3_                          Рукопись одобрена к использованию

Инв.номер___                          в учебной работе.

Протокол N7 заседания кафедры САУ

от 28 января 1997 года.

Зав.кафедрой         

Моделирование управляемого выпрямителя на ЭВМ

Методические указания

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1997

Настоящие указания предназначены студентам кафедры систем автоматического управления в помощь  при выполнении курсовой и лабораторных работ по курсу "Математические модели технических систем".  Изложенный в указаниях материал позволяет:

-  построить математическую модель управляемого выпрямителя;

-  преобразовать ее в программную модель;

-  провести исследования модели на ЭВМ;

-  изучить особенности моделирования электронных схем;

-  получить информацию,  полезную при изучении курса "Энергетическая электроника" для глубокого и основательного понимания  процессов, протекающих в управляемом выпрямителе.

Под моделированием управляемого выпрямителя,  рассматриваемом в настоящих указаниях,  понимается построение его математической и программной моделей  с учетом процессов,  протекающих  в  выпрямителе на  элементном уровне.

Целью моделирования является получение наиболее полной информации о характере и форме токов,  протекающих  через тиристоры и другие элементы выпрямителя, о коммутационных процессах,  имеющих там место,  о  других параметрах  и  характеристиках этого сложного  электронного устройства.

Решение поставленной задачи одновременно с изложением методики  моделирования иллюстрируется на примере анализа однофазного двухполупериодного  управляемого  выпрямителя,  схема которого приведенной на  рис. 1.

Рис.1. Принципиальная схема двухполупериодного управляемого выпрямителя.

На данном рисунке обозначены:

Т - трансформатор, на первичную обмотку которого  подается переменное напряжение  питающей сети U1.  Вторичная обмотка его  состоит из двух идентичных половинок, соединенных последовательно. Точкой (·) обозначено "начало" обмотки. VD1 и VD2 - тиристоры (полууправляемые вентили).  В отличие от диодов (неуправляемых вентилей) они имеют кроме анода и катода третий вывод,  называемый  управляющим электродом.  На управляющий электрод подаются  специальные сигналы - импульсы управления, формируемые отдельным устройством - системой управления выпрямителем (на данной схеме не показано).  Причина названия "полууправляемые вентили" будет ясна из описания их работы, приведенного ниже. Zн - нагрузка (общее обозначение),  которая указывается конкретно в каждом отдельном случае.

ПРОЦЕСС МОДЕЛИРОВАНИЯ управляемого выпрямителя состоит из нескольких этапов.

ПЕРВЫЙ  ЭТАП  моделирования  заключается в построении некоторой эквивалентной схемы.  Для этого  каждый элемент  принципиальной схемы  электронного устройства замещается соответствующим набором простейших  элементов. Ниже  описаны  эквивалентные схемы замещения  типовых элементов выпрямителя.

1. ТРАНСФОРМАТОР. Для целей анализа в рассмотрение принимаются только его вторичные обмотки. Параметры первичной обмотки, конечно, влияют на процессы,  протекающие во вторичных обмотках,  но существуют  специальные методики,  позволяющие  с помощью соответствующей коррекции параметров вторичных обмоток учесть данное влияние. Поэтому  можно считать,  что параметры обмоток получены с учетом процессов,  протекающих во всех обмотках трансформатора.

Рис. 2. Схема замещения трансформатора.

Как показано на рис.2, обмотка  трансформатора  замещается  последовательно соединенными индуктивностью Lo, активным сопротивлением Ro и ЭДС Е2, индуцируемой в данной обмотке.  Направление  ЭДС  принимается в соответствии с обозначением "начала" обмотки на принципиальной схеме (от "конца" к "началу").

2. ДИОД.  Хотя на рис.1 диод отсутствует, он является одним из основных элементов многих схем управляемого выпрямителя. Условное обозначение и характеристика его приведены на рис.3.

Рис.3. Схема замещения диода.

Основное назначение диода (и его свойство) - пропускать  электрический ток в одном  направлении  и  препятствовать  его  протеканию в противоположном.

Так,  если Uak > 0  (ток диода положителен),  сопротивление  диода  электрическому току мало, диод открыт;  а если  Uak < 0 (ток диода отрицателен),  то  диод  закрыт  (его сопротивление  току велико).