Описание виртуальной лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка для исследования работы трехфазного управляемого выпрямителя показана на рисунке 7. Для построения модели выпрямителя необходимы следующие блоки:

• трехфазный программируемый источник синусоидального напряжения 3-Phase Programmable Voltage Source;

• блок 3-Phase Series RLC Branch, моделирующий комплексное активное и реактивное сопротивление трансформатора;

• блок Universal Bridge, моделирующий мостовую схему соединения вентилей;

• блок управления трехфазным мостовым управляемым выпрямителем Synchronized 6-Pulse Generator, где угол управления α задается блоком Constant;

• последовательная RLC цепь Series RLC Branch, моделирующая нагрузку выпрямителя;

• источник постоянного тока DC Voltage Source, моделирующий противо-э.д.с в нагрузке;

• блоки Fourier измерения гармонических составляющих сигнала, где блок «Fourier Ia» измеряет гармоническую составляющую тока питания и начальную фазу этого тока; блоки «Fourier In» и «Fourier Un» измеряют среднее значение тока и напряжения на нагрузке, блок «Fourier It» измеряет гармоническую составляющую тока тиристора;

• блок «RMS It» измеряет действующее значение тока в тиристоре.

Порядок и методика выполнения лабораторной работы

1. Составить модель трехфазного мостового выпрямителя, изображенную на рисунке 7 (раздел «Описание виртуальной лабораторной установки»).

2. Во вкладке Simulation/Configuration parameters установить параметры моделирования (рисунок 1). В поле Solver выбрать метод ode23tb. В поле Max step size установить значение шага моделирования, это же значение занести в поле Sample time всех блоков, которые имеют это поле.

3. Установить параметры всех блоков, составляющих модель выпрямителя.

Параметры источника питания установить согласно приложению 1: в блоке Three-Phase Programmable Voltage Source установить амплитуду напряжения равную линейному напряжению вторичной обмотки трансформатора U₂ (приложение 1).

В блоке Three-Phase Series RLC Branch установить активное сопротивление одной фазы трансформатора (r_2КТ) и индуктивность рассеяния трансформатора (L_Т), приведенные к вторичной обмотке.

Комплексное сопротивление одной фазы трансформатора:

,

где U_К – напряжение КЗ трансформатора, % (приложение 1),

S – мощность трансформатора, ВА (приложение 1).

Активное сопротивление фазы трансформатора:

,

где P_КЗ – активная мощность потерь короткого замыкания, Вт (приложение 1).

Реактивное сопротивление фазы трансформатора:

.

Индуктивность рассеяния трансформатора:

,

где f – частота питающей сети.

Параметры диода и универсального моста устанавливаются согласно приведенным выше настройкам (раздел «Краткое описание используемых блоков и первоначальная настройка параметров моделирования»).

Параметры блоков Series RLC Branch и DC Voltage Source, моделирующих соответственно нагрузку выпрямителя и противо-э.д.с в нагрузке, устанавливаются согласно приложению 2, т.к. в качестве нагрузки выступает двигатель постоянного тока.

Для получения среднего значения тока (напряжения) в настройках блока Fourier необходимо задать номер гармоники – 0.

4. Снять внешние и энергетические характеристики выпрямителя.

При снятии внешних характеристик параметры RL-нагрузки остаются без изменений, противо-э.д.с. нагрузки изменяется в диапазоне от номинального напряжения преобразователя до 0 (фиксируются 8–10 точек).

Внешние характеристики снимаются для трех значений угла управления: α=0 гр., 45 гр. и 80 гр. Результаты моделирования заносятся в таблицу 2.

Таблица 2

Данные		Измерения						Вычисления
α, гр.	E, В	Iн, А	Uн, В	I1(1)max, А	φ1, гр.	Iт0, А	Iт, А	S1(1), ВА	Pт, Вт	P1(1), Вт	Pн, Вт

Необходимо сохранить графики переходных процессов одного из экспериментов в виде картинки для отчета.

Полная и активная мощность по первой гармонике, потребляемая выпрямителем из сети, рассчитывается по выражениям:

где U_1.max – амплитудное значение фазного напряжения,

, В,

I_1.max – амплитуда первой гармоники потребляемого тока, А,

φ₁ – начальная фаза потребляемого тока.

Мощность в нагрузке определяется по выражению:

,

где U_н – среднее значение напряжения на нагрузке, В,

I_н – среднее значение тока нагрузки, А

Потери в тиристоре управляемого выпрямителя рассчитываются по выражению:

,

где U_Т – падение напряжения на тиристоре, В,

I_ТО – среднее значение тока тиристора, А,

I_Т – действующее значение тока тиристора, А,

R_ON – сопротивление тиристора во включенном состоянии, Ом.

5. Снять регулировочные характеристики выпрямителя.

При снятии регулировочной характеристики угол управления α изменять в диапазоне от 0 до 120 градусов, параметры нагрузки при этом остаются постоянными. При снятии характеристики следует задать противо-э.д.с. двигателя равным нулю и активное сопротивление увеличить в 20 раз для ограничения тока нагрузки. Регулировочная характеристика снимается:

• для активно-индуктивной нагрузки с номинальными параметрами нагрузки и обратным диодом,

• для активно-индуктивной нагрузки с номинальными параметрами нагрузки без обратного диода,

• для активно-индуктивной нагрузки с большим значением индуктивности (L_Н=R_Н) без обратного диода,

• для активной нагрузки без обратного диода.

Результаты моделирования заносятся в таблицу 3.

Таблица 3

α, гр.	Uн, В

6. Получить номинальный режим работы преобразователя, подобрав значения угла управления α и противо-э.д.с., добившись при этом номинальных значений тока и напряжения на нагрузке. Сохранить графики переходных процессов в виде картинки для отчета.

7. Исследовать гармонические составляющие тока потребляемого выпрямителем при номинальном режиме и режиме работы на большую индуктивность (L_Н=R_Н).

Для просмотра гармонического спектра кривой потребляемого тока необходимо вызвать окно блока «powergui», дважды щелкнув на нем левой кнопкой мыши. Затем необходимо выбрать раздел FFT Analysis. Окно настройки вывода амплитудного спектра тока показано на рисунке 8.

Рисунок 8 – Раздел FFT Analysis блока “powergui”: данные гармонического анализа кривой потребляемого тока