Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Моделирование ЭМС Выкса 2015.docx
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
2.73 Mб
Скачать

Состояния синхронного двигателя с постоянными магнитами

Рис..2.30. Расчётная диаграмма пусковых токов и частоты вращения ротора

при плавном увеличении напряжения на статоре до Eωmax=140 B

2.5. Математическое моделирование электронных схем

Электронные схемы представляют собой широкий класс объектов современного электрооборудования. Например, усилители, формирователи и преобразователи аналоговых и цифровых сигналов в системах управления. Моделирование электронных схем нашло самое широкое практическое применение при разработке устройств радиоэлектронной аппаратуры. В рамках настоящего пособия рассмотрение ограничивается представлением общих математических методов моделирования этих объектов.

Моделирование электронных схем осуществляется на основе замещения реальных элементов электрическими цепями из J,E,C,R,L компонентов. Искомыми физическими переменными в схемах замещения являются токи и напряжения. Активные и пассивные элементы схем в общем случае нелинейны, их параметры зависят от времени, а также от токов и напряжений. Причем может иметь место зависимость параметров одного элемента от тока или напряжения другого элемента. Также может иметь место дискретное изменение состояния или структуры цепи замещения в результате быстропротекающих переключений ключевых элементов. Классическими примерами являются модели Эберса-Молла.

Модель Эберса-Молла полупроводникового диода представляется схемой из следующих элементов (рис.2.34) [1]:

JД – управляемый источник тока,

RД – сопротивление диода в прямом направлении,

RУ – сопротивление утечки,

CД – емкость p-n-перехода.

Рис. 2.34. Модель Эберса-Молла полупроводникового диода

Параметры модели в первом приближении могут быть определены по известным справочным данным с учётом режима работы прибора.

Математическое описание управляемого источника тока и зависимых емкостей

(2.87)

(2.88)

(2.89)

где I0тепловой ток и сопротивление p-n-перехода в прямом направлении; m – поправочный коэффициент, учитывающий отклонение реальной характеристики от идеальной теоретической характеристики p-n-перехода; φТ – температурный потенциал; φ – контактная разность потенциалов, определяемая технологией изготовления; СД , СБАР, СДИФ – суммарная, барьерная и диффузионная ёмкости; τвременной коэффициент, учитывающий предельную частоту работы диода.

Параметры полупроводниковой структуры, входящие в модель, определяются из физических соображений: для нормальной температуры φТ =0,026 В, φ =0,7 - 0,75 В для кремниевых и φ =0,4 - 0,6 В для германиевых p-n-переходов. Значения I0 , m , RД вычисляются с применением, например, метода наименьших квадратов из условия аппроксимации статической характеристики диода выражением

(2.90)

где (Ij,Uj) – координаты (ток и напряжение) на вольт-амперной характеристике диода, соответствующие j-й экспериментальной точке; N – число экспериментальных точек.

Барьерная ёмкость СБАР моделирует приращение пространственного заряда при изменении напряжения на p-n-переходе. Выражение для этой ёмкости из (2.88) применяется только при обратном напряжении на диоде и до некоторого малого значения u. Диффузионная ёмкость СДИФ отражает влияние перераспределения подвижных носителей. Учёт емкостей имеет значение при анализе переходных процессов на частотах более 10 кГц.

Модель Эберса-Молла биполярного транзистора представляется на основе двух встречно включённые схем замещения полупроводниковых переходов (рис. 2.35).

Рис.2.35. Модель Эберса-Молла биполярного транзистора

Схема замещения электронного устройства составляется из набора базисных J,E,C,L,R-компонентов. Предполагается, что в схеме отсутствуют топологические вырождения – контура из источников ЭДС и чистых емкостей, а также узлы из источников тока. При наличии таких вырождений придётся искусственно включать в схему малые сопротивления последовательно с источниками ЭДС и емкостями и малые проводимости параллельно с источниками тока. Компонентные уравнения связывают между собой токи и напряжения ветвей:

(2.91)

где Iv, Uv, Ucv, Jv, Ev – вектора токов и напряжений ветвей, напряжений емкостей, источников тока и источников ЭДС размером, определяемым числом ветвей nv; Сv, Lv, Rv – квадратные матрицы емкостей, индуктивностей и активных сопротивлений ветвей, имеющие размер (nvnv). Обычно принимается, что взаимоиндуктивности отсутствуют, поэтому исходные матрицы параметров диагональные.

Например, схема, изображённая на рис. 2.36, будет иметь следующее исходное матричное описание.

Рис. 2.36. Схема из E,J,C.R,L