Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра автоматизированного электропривода

и промышленной электроники

Исследование силовых преобразователей электрической энергии

Методические указания по выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Энергетическая электроника»

для направления подготовки 210100 –

Электроника и наноэлектроника,

профиль подготовки «Промышленная электроника»,

всех форм обучения

Новокузнецк 2012

Общие сведения

Для исследования характеристик электротехнических устройств в настоящее время широкое распространение получило их моделирование с помощью программы Simulink, являющейся приложением к пакету MATLAB. Раздел SimPowerSystems, входящий в состав Simulink, включает в себя модели трансформаторов, выпрямителей, электродвигателей, пассивные и активные элементы и т.д. Возможности Simulink и SimPowerSystems позволяют не только имитировать работу электротехнических устройств во временной области, но и выполнять различные виды анализа таких устройств (исследование устойчивости, гармонический анализ токов и напряжений).

Краткое описание используемых блоков и первоначальная настройка параметров моделирования

Для создания новой модели в главном окне MATLAB в меню File выберите команду New Model. В открывшемся рабочем окне untitled в меню Simulation выберите команду Configuration Parameters. В появившемся окне определяются параметры моделирования, установите их в соответствии с приведенными на рисунке 1. После чего сохраните модель, в меню File выбрав команду Save As (в имени файла желательно не использовать кириллицу).

Рисунок 1 – Параметры моделирования

Окно обозревателя библиотеки Simulink Library Browser открывается кнопкой в главном окне MATLAB. В левой части окна обозревателя следует закрыть дерево Simulink, нажав знак «–» слева от названия библиотеки, и открыть дерево SimPowerSystems, нажав знак «+». В ходе выполнения лабораторных работ будут использованы приведенные ниже блоки библиотеки SimPowerSystems с указанными настройками.

1. Универсальный мост – Universal Bridge (SimPowerSystems/Power Electronics). Блок моделирует мостовую схему соединения вентилей в лабораторной работе №2 и транзисторный широтно-импульсный преобразователь в лабораторной работе №3.

Пиктограмма блока и окно настройки параметров:

• число плеч моста,

• параметры демпфирующей цепи – сопротивление (Ом), емкость (Ф),

• вид полупроводниковых устройств моста,

• сопротивление (Ом), индуктивность (Гн) во включенном состоянии,

• падение напряжение в прямом направлении (В), измеряемые переменные, передаваемые в блок Multimeter.

2. Блок управления трехфазным мостовым управляемым выпрямителем – Synchronized 6-Pulse Generator (SimPowerSystems/Extra Library/Control Blocks).

Пиктограмма блока и окно настройки параметров:

В параметрах блока указываются частота источника (Гц) и длительность импульса управления (град).

3. Идеальный источник переменного напряжения – AC Voltage Source (SimPowerSystems/Electrical Sources).

Пиктограмма и окно настройки параметров:

• амплитуда выходного напряжения источника (В),

• начальная фаза (градусы),

• частота источника (Гц).

4. Трехфазный программируемый источник синусоидального напряжения – 3-Phase Programmable Voltage Source (SimPowerSystems/Electrical Sources).

Пиктограмма и окно настройки параметров:

• параметры выходного напряжения – [Амплитуда Фаза (градусы) Частота (Гц)],

• изменение во времени – позволяет выбрать параметр источника, который будет изменяться во времени.

5. Последовательная RLC цепь – Series RLC Branch (SimPowerSystems/Elements). Моделирует нагрузку выпрямителя.

Пиктограмма блока и окно настройки параметров:

• тип цепочки, для активно-индуктивной нагрузки выбираем тип RL,

• сопротивление (Ом), индуктивность (Гн), емкость (Ф) цепи,

• измеряемые переменные, передаваемые в блок Multimeter.

6. Последовательная трехфазная RLC-цепь – 3-Phase Series RLC Branch (SimPowerSystems/Elements). Моделирует комплексное активное и реактивное сопротивление трансформатора.

Пиктограмма блока и окно настройки параметров:

6. Источник постоянного тока – DC Voltage Source (SimPowerSystems/Electrical Sources). Моделирует противо-э.д.с в нагрузке.

Пиктограмма блока и окно настройки параметров:

• амплитуда выходного напряжения (В),

• измеряемые переменные, передаваемые в блок Multimeter.

6. Диод – Diode (SimPowerSystems/Power Electronics).

Пиктограмма блока и окно настройки параметров:

• сопротивление (Ом), индуктивность (Гн) во включенном состоянии,

• падение напряжение в прямом направлении (В),

• начальное значение тока (А),

• параметры демпфирующей цепи – сопротивление (Ом), емкость (Ф).

6. Тиристор – Thyristor (SimPowerSystems/Power Electronics).

Пиктограмма блока и окно настройки параметров:

• сопротивление во включенном состоянии (Ом),

• индуктивность во включенном состоянии (Гн),

• падение напряжения в прямом направлении (В),

• 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,

• сопротивление демпфирующей цепи (Ом),

• емкость демпфирующей цепи (Ф),

• отображение выходного измерительного порта блока, обозначенного m, на котором формируется векторный сигнал из двух элементов: первый элемент – анодный ток тиристора, второй – напряжение анод-катод тиристора.

6. Измерители мгновенного значения тока и напряжения – Current Measurement, Voltage Measurement (SimPowerSystems/Measurements).

Пиктограммы блоков:

6. Блок для измерения гармонических составляющих сигнала – Fourier (SimPowerSystems/Extra Library/Measurements).

Пиктограмма блока и окно настройки параметров:

• базовая частота (Гц),

• номер гармоники.

6. Блок измерения эффективного (действующего) значения несинусоидального периодического напряжения или тока – RMS (SimPowerSystems/Extra Library/Measurements).

Пиктограмма блока:

В настройках блока указывается частота сигнала.

6. Заземление – Ground (SimPowerSystems/Elements).

Пиктограмма блока:

6. Источник постоянного сигнала – Constant (Simulink/Sources).

Пиктограмма блока:

6. Источник импульсного сигнала, формирующий прямоугольные импульсы, – Pulse Generator (Simulink/Sources).

Пиктограмма блока и окно настройки параметров:

• способ формирования сигнала (Time based – по текущему времени),

• амплитуда,

• период (с),

• ширина импульсов (в % по отношению к периоду),

• фазовая задержка (с).

6. Блок периодического сигнала – Repeating Sequence (Simulink/Sources).

Пиктограмма блока и окно настройки параметров:

• вектор значений модельного времени (с),

• вектор значений сигнала для заданного вектора времени.

6. Осциллограф – Scope (Simulink/Sinks).

Пиктограмма блока:

6. Цифровой дисплей, отображающий значение сигнала в виде числа – Display (Simulink/Sinks).

Пиктограмма блока и окно настройки параметров:

• формат отображения данных,

• кратность отображения сигнала.

Лабораторная работа №1