2 Побудова керованого однофазного мостового несиметричного випрямляча з використанням пакету SimPowerSystems

Методика створення моделі в SimPowerSystems (SРS-моделі) нічим не відрізняється від методики створення моделі на основі базової бібліотеки Sіmulіnk. Так само як і для звичайної Sіmulіnk-моделі (S-моделі), необхідно виконати розміщення блоків на схемі, задати їхні параметри, з'єднати блоки та встановити параметри розрахунку моделі в цілому. Однак SРS-моделі мають і особливості:

1. Входи та виходи SРS-блоков, на відміну від блоків Sіmulіnk, не показують напрямок передачі сигналу, оскільки фактично є еквівалентами електричних контактів. Таким чином, електричний струм може через вхід або вихід блоку протікати у двох напрямках.

2. Сполучні лінії між блоками є моделями електричних проводів, по яких струм може протікати також у двох напрямках. В S-моделях, інформаційний сигнал поширюється тільки в одному напрямку - від виходу одного блоку до входу іншого.

3. S-блоки та SРS-блоки не можуть бути безпосередньо з'єднані один з одним. Сигнал від S-блоку можна передати до SРS-блоку через керовані джерела струму або напруги, а навпаки – за допомоги вимірювачів струму або напруги.

4. На схемі повинен бути присутнім хоча б один вимірювальний блок (Current Measurement, Voltage Measurement, Three-Phase VІ Measurement або Multіmeter).

Схема складається з наступних SРS-блоків що входять до складу силового ланцюга;

1. Ідеальне джерело змінної напруги (АС Voltage Source) – 1 шт.

2. Послідовне RLC навантаження (Series RLC Load) – 1 шт.

3. Заземлення (Ground) – 3шт.

4. Силовий діод (Diode) – 2шт.

5. Тиристор (Detailed Thyristor) – 2шт.

Вимірювальні блоки;

1. Вимірювач напруги (Volage Measurement) – 2шт.

2. Вимірювач струму (Current Measurement) – 3шт.

Перші вмикаються паралельно відносно навантаження, другі послідовно.

Виходи цих блоків є S-сумісними і відображають миттєві значення вимірюваних величин.

Додатково схема містить S-блоки системи ШІМ керування тиристорами, вимірювачів діючого значення напруги і струму в силових ланцюгах осцилографів (Scope) та дисплеїв (Display).

Схема силової частини наведена на рис. 1.7.

Таблиця 1.1 Параметри SРS-блоків силової частини

№ п/п	Параметр	Позначення	Одиниця вимірювання	Значення
1	Ідеальне джерело змінної напруги	АС Voltage Source
1.1	Амплітудне значення напруги	Um	V	312
1.2	Частота	f	Гц	50
2	Послідовне RLC навантаження	Z
2.1	Номінальна напруга (діюча)	U	V	220
2.2	Номінальна частота	f	Гц	50
2.3	Активна потужність	Р	Вт
2.3	Індуктивна потужність	Q	ВА
3	Силовий діод	VD1, VD2		Без змін
4	Тиристор	VS1, VS2		Без змін

Рис. 1.7 Схема силової частини однофазного мостового несиметричного випрямляча з датчиками напруги та струму

Тиристори VS1, VS2, що схематично зображені прямокутниками з відповідним умовним позначеннями в середині, мають силові контакти (а - анод, k - катод), контакт керування (g) та інформаційний вихід (m). На контакт g подаються імпульси керування (1-ввімкнено, 0-вимкнено) від системи імпульсно – фазового керування (СІФК), або іншими словами ШІ-модулятора.

З контакту m знімаються сигнали пропорційні миттєвим значенням;

- силі струму що тече через тиристор

- напруги, що прикладена до силових контактів (а, k).

До складу СІФК, яка будується на S-блоках входять;

1. Синхронізатор.

2. Генератор лінійно зростаючої напруги (пили).

3. Елемент зрівняння (0-орган).

4. Комутатор

Вхідними сигналами для СІФК є;

1. Кут керування – α.

2. Сигнал від вимірювача pV1 (блок Volage Measurement), що формує миттєве значення напруги в мережі.

Вихідними сигналами для СІФК є імпульси керування тиристорами VS1, VS2.

В моделі СІФК (рис. 1.8) на «датчик U» надходить сигнал u_с (миттєве значення напруги в мережі) від pV1. Датчик виконано на S-блоці (Dead Zone – зона нечутливості) в параметрах якого встановлено нечутливість на вході ±5В. Таким чином, якщо напруга на вході датчика знаходиться в межах ±5В на виході - «0», якщо напруга на вході більше ±5В, то на виході сигнал відповідає миттєвому значенню напруги u_с. Це необхідно для того, щоб розширити тривалість часу впродовж якого фіксується перехід напруги в мережі через нульове значення. В реальності датчики напруги мають приблизно таку ж зону нечутливості.

Рис. 1.8 Модель СІФК

Сигнал з датчика U потрапляє на входи комутатора (блоки що закрашені рожевим кольором) та на «детектор 0». Виходи цих блоків цифрові, сигнал з них може приймати значення тільки «1» або «0».

«Детектор 0» генерує на виході логічну «1» якщо напруга на вході дорівнює нулю, в інших випадках на виході логічний «0». Таким чином одержуємо синхронізатор (див. рис. 1.4). Імпульси синхронізації від детектора надходять до інтегратора (генератора пили) та вертають його у початковий стан, тобто коли сигнал на його виході має нульове значення. Блок Constant2 що містить константу – 102, задає постійну часу (інтенсивність) інтегрування інтегратора, таку щоб лінійно зростаюча напруга на його виході відповідала рівню логічної «1» за половини періоду коливань мережевої напруги.

Елемент Add – суматор, виконує складання сигналу завдання (модулюючого сигналу) та інвертованого сигналу інтегратора. Коли ці сигнали стають однакові за модулем, нуль-орган генерує імпульс керування. Імпульс керування надходить до комутатора який дозволяє комутацію саме того тиристора на аноді якого в даний момент діє позитивний потенціал. Частота ШІМ даної схеми відповідає подвійній частоті мережевої напруги.

Вимірювач діючого значення періодичних величин наведено на рис. 1.9.

Робота блоку заснована на виразі 1.8.

Рис. 1.9 Вимірювач діючого значення періодичних величин