3.1.4. Создание собственных измерительных блоков в Simulink. Блок измерения углов отсечки вентилей.

Библиотека Simulink содержит большой набор стандартных блоков, которые позволяют создавать собственные измерительные блоки. Среди стандартных измерительных блоков SimPowerSystems отсутствует блок измерения углов отсечки вентилей. Производить измерения углов в схемах с “токовой отсечкой”, характерной для выпрямителя с емкостным фильтром, по данным графиков тока довольно трудоемко, поэтому необходимо разработать блок (схему) измерения углов отсечки.

Блок должен производить измерение углов включения, выключения и полного угла проводимости вентилей, т.е. включать три измерительных канала. Для универсальности модели введем переменную Т - период первичной сети переменного тока.

Структура, созданного из стандартных элементов библиотеки Simulink, блока измерения углов отсечки вентилей приведена на рис. 3.8.

Блок “Abs” библиотеки “Simulink\Math Operations\” преобразует токовый сигнал в однополярный. Далее в блоке “Quantizer” библиотеки “Simulink\Discontinuities\” происходит дискретизация токового сигнала по уровню. Это необходимо из-за того, что любой решатель имеет конечную разрядность, а модель включает реактивные элементы и снабберные цепочки, и теоретическому “нулевому” току практически всегда в модели соответствует очень малое, но конечное и ненулевое значение. Шаг дискретизации “Quantization interval” следует выбирать исходя из номинальных параметров измеряемого сигнала, обычно достаточно (0,1÷1)% от . Таким образом, если величина тока меньше заданного шага дискретизации, то после блока “Quantizer” ему соответствует действительно нулевое значение. Блок “Sign” библиотеки “Simulink\Math Operations\” выдает прямоугольный сигнал “наличия тока”: нулю соответствует ноль тока (вентиль закрыт), единица характеризует наличие тока (вентиль открыт) (рис. 3.9, б).

Верхний измерительный канал предназначен для измерения угла включения вентилей, алгоритм его работы отражают диаграммы рис. 3.9. Блок “Constant” (“Simulink\Sources\”) и блок “Integrator” (“Simulink\Continuous\”) формируют линейно нарастающий сигнал времени, который сбрасывается в ноль блоком “Pulse Generator” (“Simulink\Sources\”) в моменты времени кратные T/2. Блок “Pulse Generator1” формирует прямоугольный сигнал с периодом T/2 и коэффициентом заполнения 0,5 (pulse width – 50% от периода, т.е. T/4). Перемножая сигналы с выхода блоков “Integrator” и “Pulse Generator1” в блоке “Product” (“Simulink\Math Operations\”), получим сигнал, повторяющийся каждые полпериода Т/2, линейно нарастающий в течение 0÷Т/4 (рис. 3.9, г). Перемножая его с инвертированным сигналом “наличия тока” (рис. 3.9, в) в блоке “Product1”, фиксируем момент включения вентилей (рис. 3.9, д). Для инвертирования используется блок “Logical Operator - NOT” (“Simulink\Math Operations”), блоки “Data Type Conversion” (“Simulink\Signal Attributes\”) предназначены для автоматического преобразования типа данных.

Блок “Maximum” (“DSP Blockset\Statistics\”) предназначен для фиксации момента включения вентиля за время Т/2 (рис. 3.9, е), для работы блока в его параметрах следует задать режим (mode) - running. Обнуление (сброс) блока “Maximum” осуществляется сигналом с “Pulse Generator” каждый новый полупериод T/2, поэтому после него необходимо поставить блок “Memory” (“Simulink\Discrete\”), иначе в моменты времени кратные T/2 на выход подавался бы ноль.

В блоках “Product2” и “Gain” (“Simulink\Math Operations”) найденное время включения пересчитывается в электрические градусы, таким образом определяется угол включения вентилей . Далее определяетсясогласно= 90º -(знак минус приопускается). Здесь используется блок “Sum” (“Simulink\Math Operations”).

Схожие алгоритмы применяются для измерения угла выключения вентилей (средний измерительный канал) и полного угла проводимости вентилей(нижний измерительный канал), работу которых соответственно отражают диаграммы рис. 3.10 и 3.11.

Рис. 3.9. Диаграммы работы канала измерения углов включения вентилей.

Рис. 3.10. Диаграммы работы канала измерения углов выключения вентилей.

Рис. 3.11. Диаграммы работы канала измерения полного угла проводимости вентилей.

В конце расчета блок измерения углов отсечки фиксирует только их последние значения, для правильного определения углов необходимо выбирать расчетное время кратное Т/2. Полагается также, что начальная фаза сетевого напряжения равна нулю (фаза А для трехфазных схем), иначе углы будут определены неверно. Изменить начальную фазу сетевого напряжения можно, если специально учесть ее в блоках “Pulse Generator”.

Следует отметить, что в примерах (рис. 3.9 – 3.11) входным сигналом является ток вентиля. На части периода сетевого напряжения данный вентиль не проводит и ток в течение этого времени равен нулю. Блок правильно зафиксирует углы отсечки только для интервалов проводимости, поэтому последний полупериод расчета должен соответствовать интервалу проводимости.