МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Методические указания по выполнению лабораторной работы № 2
Исследование однофазного (мостового) инвертора
с несимметричным управлением
Разработал
А.А. Кацурин, к.т.н.
Владивосток 2006 г.
1. Цель работы
Исследование однофазного (мостового) инвертора с несимметричным управлением, с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией при работе на активно-индуктивную нагрузку
2. Описание виртуальной лабораторной установки
Виртуальная лабораторная установка для исследований показана на рис. 1.
Рис. 1. Модель однофазного инвертора с несимметричные управлением
Она содержит:
- источник постоянного напряжения;
- активно-индуктивную нагрузку (R,L);
- измерители мгновенных токов в источнике питания (I1) и нагрузке;
- измеритель мгновенного напряжения на нагрузке;
- блок для измерения гармонических составляющих тока питания
(Fourier I1) и тока транзистора (Fourier IT);
- блок для измерения гармонических составляющих тока нагрузки
(Fourier I) и аналогичный блок для измерения гармонических составляющих напряжения на нагрузке (Fourier U);
- блок для измерения действующего тока в транзисторе (IT RMS);
- блок для наблюдения (измерения) мгновенных значений тока в цепи питания, тока нагрузки и напряжения на нагрузке (Scope); - блок для наблюдения (измерения) мгновенных значений величин, которые выбраны в поле Measurement соответствующих блоков Multimeter;
- блок для измерения тока в цепи питания (Display 1);
- блок для измерения амплитудных значений тока и напряжения на нагрузке и их фаз (Display);
- блок для измерения амплитудного и действующего значения тока транзистора (Display2);
- однофазный транзисторный мост (Universal Bridge);
- несимметричная система управления транзисторным инвертором (Control System);
- источник синусоидального сигнала (Sine Wave).
Рис. 2. Модель схемы управления инвертором
Схема управления содержит:
- генератор пилообразного напряжения (Repeating Sequence 1);
- четыре сумматора (Sum);
- два релейных элемента (Relay);
- два логических элемента НЕ (NOT).
Окна настройки параметров остальных элементов представлены на рис. 3-10.
Рис. 3. Окно настройки инвертора
Рис. 4. Окно настройки параметров источника синусоидального сигнала
Рис. 5. Окно настройки параметров блоков Fourier I1 и Fourier IT
Рис. 6. Окно настройки параметров блоков Fourier I и Fourier U
Рис. 7. Окно настройки параметров блока IT RMS
Рис. 8. Окно настройки параметров блока Multimeter
Рис. 9. Окно настройки параметров генератора пилообразного напряжения
Рис. 10. Окно параметров моделирования
3. Порядок выполнения лабораторной работы
1. Ознакомиться с методическими указаниями к выполнению лабораторной работы.
2. В соответствии с вариантом собрать в MATLAB рабочую схему.
Параметры источника питания и нагрузки необходимо установить в соответствии с вариантом. Параметры транзисторного моста и генератора пилообразного напряжения задаются в соответствии с рис. 3 и рис. 9.
3. Исследовать внешние и энергетические характеристики однофазного (мостового) инвертора с несимметричным управлением, с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией при работе на активно индуктивную нагрузку.
При
снятии внешних характеристик изменяются
параметры Rн,
Lн
нагрузки.
Сопротивление Rн
изменяется в пределах от 10 до 100 Ом с
шагом 10 Ом. При этом для каждого значения
Rн
рассчитывается величина Lн
так, чтобы постоянная времени нагрузки
оставалась неизменной, равной
с.
Моделирование проводится для каждого
значения сопротивления нагрузки Rн.
Результаты моделирования заносятся в
табл. 1.
Таблица 1
|
Данные |
Измерения |
Вычисления |
|||||||||||
|
Rн |
Lн |
I1 |
Uн(1)max |
Iн(1)max |
|
|
IT |
IT.RMS |
|
Sн(1) |
P1 |
Pн(1) |
PT |
|
Ом |
Гн |
А |
В |
А |
град |
град |
А |
А |
град |
ВА |
Вт |
Вт |
Вт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Амплитуды первых гармоник тока и напряжения на нагрузке и их начальные фазы определяются по показаниям Display, средний ток источника питания определяется по показаниям Display1. Мгновенные значения этих величин можно наблюдать на экране Scope (рис. 1).
Гармоническую составляющую IT и действующее IT.RMS значения тока силового модуля (транзистора) определяются по показаниям Display2. В графическом окне блока Multimeter наблюдаются максимальные напряжение и ток транзистора.
Сдвиг по фазе между первой гармоникой тока и напряжения на нагрузке рассчитывается по формуле:
.
Полная и активная мощность по первой гармонике в нагрузке определяется по выражениям:
(ВА),
(Вт).
Мощность, потребляемая от источника питания, определяется по выражению:
(Вт).
Потери в силовом полупроводниковом модуле определяются по формуле:
,
где
- параметры силового модуля (рис. 3), а IT
, IT.RMS
- его средний и действующий ток (табл.
1), т
– коэффициент модуляции.
Коэффициент
модуляции напряжения на нагрузке
определяется по формуле:
,
где Uмод
- амплитуда модулирующего синусоидального
напряжения, UГПН
- амплитуда напряжения ГПН.
По результатам табл. 1 строятся:
-
внешняя (нагрузочная) характеристика
инвертора
;
-
энергетические характеристики инвертора
;
-
энергетические характеристики
.
4. Исследовать регулировочные характеристики однофазного (мостового) инвертора с несимметричным управлением, с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией при работе на активно индуктивную нагрузку.
Исследование регулировочной характеристики инвертора осуществляется при одном значении сопротивления нагрузки (в соответствии с вариантом) и изменении амплитуды модулирующего напряжения от 0 до 2 В с шагом 0,5 В. Моделирование осуществляется при каждом значении модулирующего напряжения, при этом заполняется табл. 2.
Таблица 2
|
Измерения |
|
|
Uмод, В |
Uн, В |
|
|
|
По данным таблицы строится регулировочная характеристика
.
5. Проанализировать влияние параметров нагрузки и амплитуды модулирующего синусоидального напряжения на графики изменения токов и напряжений во времени.
Необходимо снять показания на экране Scope и в графическом окне блока Multimeter при Uмод = 0.5, 1, 2 В для трех значений нагрузок: Rн =30, 60, 90 Ом, Lн – рассчитывается аналогично п. 3.3.
4. Задания по лабораторной работе
Таблица 3
|
Вариант |
Uпит |
Параметры источника синусоидального сигнала |
Параметры нагрузки |
||
|
Амплитуда |
Начальная фаза |
Rн |
Lн |
||
|
В |
|
рад |
Ом |
Гн |
|
|
1 |
400 |
0,5 |
0 |
10 |
0,1 |
|
2 |
200 |
1,1 |
1,57 |
20 |
0,2 |
|
3 |
390 |
0,6 |
3,14 |
30 |
0,3 |
|
4 |
210 |
1,2 |
4,71 |
40 |
0,4 |
|
5 |
380 |
0,7 |
0 |
50 |
0,5 |
|
6 |
220 |
1,3 |
1,57 |
60 |
0,6 |
|
7 |
370 |
0,8 |
3,14 |
70 |
0,7 |
|
8 |
230 |
1,4 |
4,71 |
80 |
0,8 |
|
9 |
360 |
0,9 |
0 |
90 |
0,9 |
|
10 |
240 |
1,5 |
1,57 |
100 |
1 |
|
11 |
350 |
1 |
3,14 |
10 |
0,1 |
|
12 |
250 |
1,6 |
4,71 |
20 |
0,2 |
|
13 |
340 |
0,9 |
0 |
30 |
0,3 |
|
14 |
260 |
1,7 |
1,57 |
40 |
0,4 |
|
15 |
330 |
0,8 |
3,14 |
50 |
0,5 |
|
16 |
270 |
1,8 |
4,71 |
60 |
0,6 |
|
17 |
320 |
0,7 |
0 |
70 |
0,7 |
|
18 |
280 |
1,9 |
1,57 |
80 |
0,8 |
|
19 |
310 |
0,6 |
3,14 |
90 |
0,9 |
|
20 |
290 |
2 |
4,71 |
100 |
1 |
-
Отчет по лабораторной работе должен содержать
-
Задание на выполнение лабораторной работы в соответственно с вариантом.
-
Собранную схему виртуальной установки.
-
Заполненные таблицы 1 и 2.
-
Выражения для расчета основных характеристик.
-
Нагрузочную характеристику.
-
Энергетические характеристики.
-
Регулировочные характеристики.
-
Показания блока наблюдения Scope и графического окна блока Multimeter.
-
Выводы по работе.