МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ

В данной главе на примере различных электронных схем демонстрируются возможности, предоставляемые разработчику электронных схем средой OrCAD.

Моделирование трехфазной мостовой тиристорной схемы в режимах выпрямителя и инвертора

Постановка задачи — построить модель трехфазной мостовой тиристорной схемы, нагруженной через сглаживающий дроссель на активное сопротивление, позволяющую:

  • • получить регулировочную кривую выходного напряжения в зависимости от угла управления;
  • • моделировать аварийный режим короткого замыкания нагрузки;
  • • моделировать при аварии переход работы схемы из выпрямительного в инверторный режим для исследования динамики рассеяния энергии, запасенной в сглаживающем дросселе.

Модель, ее особенности и параметры:

входная сеть — 3 • 380 Вольт;

моделирование сети — фазные индуктивности 10 микрогенри;

индуктивность сглаживающего дросселя — 2 миллигенри;

сопротивление нагрузки — 0,76 Ом (максимальная рассеиваемая мощность — 320 киловатт);

тиристоры, применяемые в выпрямителе — ТБ 143-630-14;

детализация системы управления — минимальная.

На рис. 8.1 приведена принципиальная схема рассматриваемой модели.

Опишем некоторые особенности схемы. Силовая питающая сеть моделируется источниками синусоидального напряжения типа VSIN — VI, V2, V3. Источник VI имеет фазу PHASE = 0, источник V2 — PHASE = —120, источник V3 — PHASE = 120. Собственные индуктивности питающей сети представлены индуктивностями LI, L2, L3.

Как известно, для рассматриваемой схемы возможно два варианта управления тиристорами: первый вариант — управление длинными импульсами и второй, принятый в модели, вариант — управление короткими (600 микросекунд) импульсами управления. Система управления моделируется источниками питания типа VPULSE от V4 до V27.

U13

  • 1 2
  • * 250м

С1 1мк

V1=0

V2=6

ио

СМ

V1=0

V2=6

TD=21.11111 1mTD=24,444444m

TR=3mk

TF=3mk

PW=600mk

PER=20m

V24

TR=3mk

TF=3mk

PW=600mk

PER=20m

OV25

V20

V21

О V1=0 V1=0

g 10 V2=6 V2=6

TD=14,999999m TD=18,3333: ______TR=3mk_______TR=3mk TF=3mk PW=600mk PER=20m

TF=3mk PW=600mk

PER=20m

V1=0

V2=6

Зм

V1=0 V2=6

TD=14,444444m TD=17,777777m

TR=3mk

TF=3mk

PW=600mk

PER=20m

—, <3V16

TR=3mk

TF=3mk PW=600mk PER=20m

<3V17

R7

S Ю

CM

Я 10

V1=0

V2=6

V1=0

V2=6

TD=8,333333m TD=1 1.666066m

TR=3mk

TF=3mk

PW=600mk

PER=20m

TR=3mk

TF=3mk

PW=600mk

PER=20m

V1=0

V2=6

TD=7,777777m

TR=3mk

TF=3mk PW=600mk PER=20m

V8

V1=0

V2=6

TD=11,111111».

TR=3mk

TF=3mk PW=600mk PER=20m

R3

V4

V5

z R1

э 7' V1=0 V1=0

Я 10 V2=6 V2=6

TD=1.666666m TD=5m

________TR-3mk______TR-3mk

TF=3mk

PW=600mk PER=20m

TF=3mk PW=600mk PER=20m

R13 0,76

VT12

0

о

VT5

VT3

L3

V1=0 V1=0

V2=6 V2=6

TD= 11,111111 mTD= 14,444444m

TR~3mk______TR-Змк

TF=3mk TF=3mk

PW=600mk PW=600mk

PER=20m PER=20m

TR=3mk TR=3mk

TF=3mk TF=3mk

PW=600mk PW=600mk

PER=20m PER=20m

V1=0 V1=0

V2=6 V2=6

TD=24.444444m TD=27,777777m

TR=3mk_______TR=3mk

TF=3mk TF=3mk

PW=600mk PW=600mk

PER=20m PER=20m

TR=3mk TR=3mk

TF=3mk TF=3mk

PW=600mk PW=600mk PER=20m PER=20m

V1=0 V1=0

V2=6 V2=6

TD=17,777777m TD=21,111111m

TR=3mk_______TR=3mk

TF=3mk TF=3mk

PW=600mk PW=600mk

PER=20m PER=20m

TR=3mk TR=3mk

TF=3mk TF=3mk

PW=600mk PW=600mk

0

L1

V1 V2 V3

VOFF=50 VAMPL=310 FREQ=O

Рис. 8.1. Трехфазная мостовая тиристорная схема, нагруженная через сглаживающий дроссель на активное сопротивление

Для управления силовыми тиристорами VT1...VT6 в выпрямительном режиме работы схемы используются источники V4, V5, V6, V7, VI2, VI3, VI4, VI5, V20, V21, V22, V23, которые подключаются к соответствующим тиристорам через нормально замкнутые ключи Sw tOpen (библиотека anl_misc.lib) Ul, U2, U5, U6, U9, U10.

Для управления силовыми тиристорами VT1...VT6 в инверторном режиме работы схемы используются источники V8, V9, V10, Vll, V16, V17, V18, V19,

V24, V25, V26, V27, которые подключаются к соответствующим тиристорам через нормально разомкнутые ключи SwtClose (библиотека anlmisc.lib) U3, U4, U7, U8, Uli, U12.

Авария (замыкание нагрузки) имитируется ключом типа Sw tClose (библиотека anlmisc.lib) U13. Ключи SwtClose и SwtOpen (библиотека anl misc.lib) характеризуются следующими параметрами: время переключения TTRAN = 1 микросекунда, сопротивление ключа в замкнутом состоянии RCLOSED = 0,01 Ом, сопротивление ключа в разомкнутом состоянии ROPEN = 1 МОм.

Численные значения параметров элементов приведены на схеме (рис. 8.1).

Схема моделировалась при следующих значениях параметров управляющих опций:

RELTOL = 0,0052688

VNTOL = 1,0т

ABSTOL = 1,0т

CHGTOL = 0,01т

GMIN = 1е-12

ITL4 = 27

STEPGMIN = «Вкл.»

SKIPBP = «Вкл.»

Атах (Maximum Step Size) = le-5

TSTOP = 400m

Принято, что авария происходит в момент времени, равный 250 миллисекунд. Поведение системы управления при этом моделируется следующим образом: импульсы управления, определяющие работу схемы в режиме выпрямления, снимаются с силовых тиристоров в 250 микросекунд, в это же время происходит закорачивание нагрузочного сопротивления R1. Схема переводится в режим инвертирования в момент времени 250,1 миллисекунды.

V(VT1 :GATE,VT1: CATHODE)

Рис. 8.2. Осциллограммы, иллюстрирующие работу системы управления

Осциллограммы напряжений на выходе выпрямителя и на нагрузочном сопротивлении, тока через сглаживающий дроссель и суммарной мощности источников, имитирующих сеть

Рис. 8.3. Осциллограммы напряжений на выходе выпрямителя и на нагрузочном сопротивлении, тока через сглаживающий дроссель и суммарной мощности источников, имитирующих сеть

Осциллограммы напряжения на тиристоре VT1 и токов через тиристор VT1 и индуктивность L1

Рис. 8.4. Осциллограммы напряжения на тиристоре VT1 и токов через тиристор VT1 и индуктивность L1

Градусы эл.

Рис. 8.5. Регулировочная характеристика выходного напряжения

Работа системы управления иллюстрируется осциллограммами на рис. 8.2. Выпрямительный режим реализован при угле управления равном О, а инверторный режим — при угле управления 110 градусов электрических.

На рис. 8.3 приведены осциллограммы (снизу вверх) напряжения на выходе выпрямителя (до дросселя L4), напряжения на нагрузочном сопротивлении R13, тока через дроссель L4 и суммарной мощности источников VI, V2, V3, имитирующих сеть. Характерным является, что до аварии и перевода схемы в инверторный режим суммарная мощность отбиралась от источников (на верхней осциллограмме — отрицательная), а после аварии, в момент времени, приблизительно, 255 миллисекунд, происходит смена знака суммарной мощности, то есть она начинает потребляться источниками VI, V2, V3.

На рис. 8.4 приведены осциллограммы напряжения на тиристоре VT1, тока через тиристор VT1 и тока через индуктивность L1.

На рис. 8.5 приведена регулировочная характеристика выходного напряжения, полученная на рассматриваемой модели в выпрямительном режиме.

Таким образом, построенная модель позволила решить все поставленные задачи.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >