Лабораторная работа №6. Исследование управляемого однофазного тиристорного преобразователя

6.1 Цели работы:

• построение имитационной модели управляемого однофазного тиристорного преобразователя в среде MATLAB 6.1;

• изучение характеристик объекта регулирования;

• изучение схемы и принципа действия управляемого однофазного тиристорного преобразователя;

• исследование имитационной модели управляемого однофазного тиристорного преобразователя.

6.2. Содержание работы

Математический пакет MATLAB 6.1 имеет в своем составе блок имитационного моделирования Simulink, который позволяет создавать и исследовать имитационные модели.

Имитационная модель (ИМ) – это формальное описание логики функционирования исследуемой системы и взаимодействия отдельных ее элементов во времени, учитывающее наиболее существенные причинно-следственные связи, присущие системе.

Применение имитационного моделирования целесообразно:

1. идет процесс познания объекта моделирования;

2. характер процессов не позволяет описать их в аналитической форме;

3. изучение новых ситуаций или поведение в новых условиях;

4. изучение новых элементов в уже воплощенной системе;

5. тренажеры

6. необходимость представить модель в динамике;

7. необходимость изменять время испытаний – возможность изменять «модельное» время.

Оценка качества имитационной модели преследует две цели:

• проверка соответствия модели целям исследования;

• оценка достоверности и статистических характеристик результатов, полученных при моделировании.

При имитационном моделировании достоверность определяется следующими факторами:

• корректный выбор математического аппарата;

• методическая ошибка, присущая принятому математическому методу;

• возможные «искажения» из-за использования датчиков СЧ;

• нестационарный режим работы модели;

• использование нескольких разнотипных математических методов в одной модели;

• зависимость результатов от плана эксперимента.

Модель рабочей нагрузки для исследуемой модели, в свою очередь зависит от тех же факторов.

Характерной особенностью большинства практических задач является то, что скорость протекания рассматриваемых в них процессов значительно ниже скорости реализации модельного эксперимента (работа цеха в течении недели – модельный эксперимент в другом масштабном времени).

При планировании модельного эксперимента необходимо соотносить между собой три представления времени:

• реальное время, в котором функционирует имитируемая система;

• модельное время, в масштабе которого организуется работа модели;

• машинное время ЭВМ.

С помощью механизма модельного времени решаются следующие задачи:

• отображается переход моделируемой системы из одного состояния в другое;

• производится синхронизация работы компонентов модели;

• изменяется масштаб времени «жизни» (функционирования) исследуемой системы;

• производится управление ходом модельного эксперимента;

• моделируется квазипараллельная (квази – означает последовательный характер обработки событий в ИМ, которые в реальной системе протекают одновременно) реализация событий в модели.

Разработка моделей средствами simulink (в дальнейшем S – моделей) основана на использовании технологии Drag – and – Drop (Перетащи и Оставь). В качестве «кирпичиков» для построения S – моделей используются модули (или блоки), хранящиеся в библиотеке simulink. блоки, включаемые в модель, могут быть связаны между собой как по информации, так и по управлению. Тип связи зависит от типа блока и логики работы модели. Любая S – модель может иметь иерархическую структуру, причем число уровней иерархии практически неограниченно. В ходе моделирования имеется возможность задавать способ изменения модельного времени, а также наблюдать за процессами, происходящими в системе при помощи специальных «смотровых окон», входящих в состав библиотеки simulink.

При запуске simulink открываются два окна:

пустое окно untitled (заготовка для создания новой S – модели);

окно Library Simulink, содержащие перечень основных разделов библиотеки (чем более поздняя версия simulink, тем больше разделов).

В библиотеке SimPowerSystem имеется две модели тиристора: Thyristor (упрощенная модель) и Detailed Thyristor (уточненная модель), пиктограмма которых показана на рисунке 6.1.

Рис. 6.1. Пиктограмма Thyristor и Detailed Thyristor

Упрощенная модель тиристора состоит из последовательно включенных резистора R_on, индуктивности L_on, источника постоянного напряжения V_f и ключа SW (рис. 6.2.).

Рис. 6.2. Упрощенная модель тиристора.

Блок логики управляет работой ключа. При положительном напряжении на тиристоре (V_ak - V_f) и наличии положительного сигнала на управляющем электроде (g) происходит замыкание ключа и через прибор начинает протекать ток. Размыкание ключа (выключение тиристора) выполняется при снижении тока I_ak, протекающего через тиристор, до нуля.

Статические вольтамперные характеристики модели тиристора для включенного и выключенного состояний показаны на рисунке 6.3.

Рис. 6.3. Статические вольтамперные характеристики модели тиристора.

В уточненной модели тиристора длительность управляющего импульса должна быть такой, чтобы, при включении, анодный ток тиристора превысил ток удержания (Il). В противном случае включение не произойдет. При выключении тиристора длительность приложения отрицательного напряжения анод-катод должна превышать время выключения тиристора (Tq). В противном случае произойдет автоматическое включение тиристора даже, если управляющий сигнал равен нулю.

6.3. Порядок выполнения работы:

1. создать из имеющихся в окне блоков модель управляемого однофазного тиристорного преобразователя;

2. задать полученные у преподавателя значения напряжения источника переменного тока, параметры генератора импульсов;

3. активизировать модель;

4. изменяя величины активного сопротивления и индуктивности вторичной цепи преобразователя наблюдать в смотровом окне процессы изменения напряжения и тока преобразователя;

5. подбором параметров вторичной цепи добиться получения неискаженного сигнала выпрямленного тока;

6. проанализировать полученные результаты и оформить отчёт.