3779

Рис. 8. Упрощенная диаграмма, поясняющая процесс симуляции переходного процесса

NL5 — это кусочно-линейный (PWL) симулятор. Все компоненты в NL5 либо линейные, либо кусочно-линейные: состоят из некоторого числа линейных сегментов. Например, диод либо открыт, либо закрыт, следовательно, его PWL представление имеет только два сегмента.

Данные симуляции:

Traces (кривые). Во время симуляции NL5 хранит данные в памяти. Данные для сохранения выбираются пользователем как кривые (traces) в диалоговом окне Transient Data. Доступно несколько типов кривых: V (напряжение), I (ток), P (мощность), Variable (переменная) и Function (функция).

Когда начинается симуляция, все кривые автоматически очищаются, а затем начинается сохранение новых данных симуляции. Новые данные отображаются на закладке Run окна Transient. Данные последней симуляции могут быть перемещены в Storage со специальной закладкой в окне Transient. Сохраненные таким образом данные не очищаются автоматически и могут быть использованы для сравнения результатов разных запусков симуляции.

Если выбрана специальная опция Store last Run («сохранить последние данные»), то в момент запуска новой симуляции текущие данные (Run) будут перемещены в специальную закладку Last («последний»), стерев при этом находящиеся там данные. Таким образом, закладка Last всегда содержит предыдущие данные, которые можно использовать для сравнения с данными последней симуляции Run.

Кривые могут копироваться в буфер обмена, сохраняться в файлах данных «nlt» или экспортироваться в текстовый файл формата «csv». В свою очередь, данные могут вставляться из буфера обмена, загружаться из файла данных «nlt» или импортироваться из текстового файла как новый график. Такой график всегда отображается в окне Transient, независимо от того, какая закладка выбрана. Он не очищается, когда запускается новая

11

симуляция, и может использоваться в качестве опорной кривой для симуляции. Он также может быть переименован произвольным образом.

В программе рассчитываются и представляются в табличной форме следующие параметры кривых:

1)left – значение кривой под левым курсором;

2)right – значение кривой под правым курсором;

3)delta – правое значение минус левое;

4)min – минимум кривой между курсорами;

5)max – максимум кривой между курсорами;

6)pp – значение кривой от пика до пика между курсорами;

7)mean – среднее значение кривой между курсорами;

8)rms – RMS (среднеквадратичное) значение кривой между курсорами;

9)acrms – AC RMS значение кривой между курсорами: RMS вычисляется по данным кривой после вычета из них среднего значения кривой;

10)freq – вычисленная частота сигнала между курсорами. Частота вычисляется на основании количества и величин интервалов между точками, где кривая пересекает средний уровень;

11)period – 1 / freq.

В практикуме задаются и используются параметры 4 – 9.

Memory (память). Данные симуляции хранятся в оперативной памяти. Память отводится только, когда это необходимо, относительно маленькими блоками. Если доступной оперативной памяти не хватает для хранения постоянно нарастающего количества данных, операционная система начинает «сбрасывать» данные на диск, что может существенно замедлить симуляцию и отображение результатов. Чтобы избежать этого, используется следующий механизм: когда количество памяти, требуемой для отображения графика, превышает максимальное значение, заданное на странице Transient диалогового окна Preferences, блок памяти, в данный момент хранящий самое начало графика, освобождается и используется для новых данных. Таким образом, кривая будет усечена в начальной части, чтобы сохранить последние данные. Когда это происходит впервые для одной или нескольких кривых, появляется предупреждающее сообщение в строке состоя-

ния окна Transient.

Когда память графика усекается, график не может немедленно обновиться на экране: график будет показывать «несуществующие» данные, пока его не перерисуют.

Общее текущее количество памяти, используемое для алгоритма симуляции и всех кривых, всегда отображается в поле Memory used окна состояния Transient, так что пользователь при необходимости может предпринять что-то разумное.

Следует иметь в виду, что независимо от объема оперативной памяти компьютера, NL5 может использовать только 2GB из-за ограничений для 32-разрядных приложений Windows. Если объем данных симуляции близок к 2GB, выполнение программы может

12

существенно замедлиться. NL5 постоянно ведет мониторинг объема используемой памяти, и в случае необходимости начинает «усекать» данные, чтобы предотвратить замедление счета.

Если несколько схем симулируются одновременно в одной запущенной копии NL5, то общий объем памяти, используемый этой копией NL5, не может превышать 2GB. Если объем памяти компьютера больше 2GB, то имеет смысл запустить несколько копий NL5 одновременно и симулировать каждую схему в одной копии NL5.

Параметры источников напряжения: синусоидальное напряжение питающего трансформатора частотой 50 Гц с амплитудой U1m; коэффициент трансформации КТ и сопротивления нагрузки Rн, приведенные в приложении 3, являются общими для всех лабораторных работ.

Для всех схем выпрямления падение напряжения на диодах и тиристорах Vd в открытом состоянии принимается равным 1,5 В.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Прежде чем приступить к моделированию работы исследуемого выпрямителя, необходимо внимательно рассмотреть принцип его работы.

Далее следуя указаниям предыдущего раздела, необходимо собрать схему в программе NL5 CIRCUIT SIMULATOR и ввести исходные данные своего варианта.

Результаты моделирования необходимо отформатировать в соответствии с приведенными примерами.

Состав отчета по лабораторной работе:

1. Титульный лист, оформленный в соответствии с общими требованиями. 2. Исходные данные для моделирования.

3. Результаты моделирования, оформленные в соответствии с примером.

4. Описание механизмов работы выпрямителя с привлечением результатов моделирования.

5. В лабораторных работах №1, 2, 3, 4 и 5, по результатам моделирования работы выпрямителя заполняется таблица 1.

В таблице 1, согласно обозначений, принятых в программе NL5:

V (R)mean – среднее значение напряжения на сопротивлении нагрузки; I (R) mean – среднее значение тока через сопротивление нагрузки;

V R acrms – действующее значение переменной составляющей выпрямленного напряжения;

I(D)mean – среднее значение тока через диод;

V(D)min – минимальное значение напряжения на диоде;

I (I 2) rms – действующее значение тока вторичной обмотки питающего трансформа-

тора;

13

V (V 2) rms – действующее значение напряжения вторичной обмотки питающего трансформатора.

Таблица 1

Параметры исследуемого выпрямителя по результатам моделирования

		Параметр			Результаты моделирования
	1.	Uн.ср, В					V (R)mean
	2.	Iн.ср, А					I (R) mean
								V R acrms
	3.	КП					2
							V R mean
	4. fн, Гц		fн n / T ,	где n – количество пульсаций за период питающего
			напряжения; Т – период питающего напряжения, с
	5.	IFAVm, А						I(D)mean
	6.	URRM, В						V(D)min
	7.	Кис, %			I (R) mean V (R)mean					100
					m I (I 2) rms V (V 2) rms

6. В лабораторной работе №6, по результатам моделирования работы управляемого выпрямителя заполняется таблица 2.

Таблица 2

Средние значения напряжения при различных углах управления

Угол управления

V (R)mean , В

α=0°

α= α1

α= α2

Восновных выводах необходимо оценить влияние величины угла управления на среднее значение выпрямленного напряжения.

7. В лабораторной работе №7, по результатам моделирования работы выпрямителя со сглаживающими фильтрами заполняется таблица 3.

					Таблица 3
	Значения коэффициентов пульсаций и коэффициентов сглаживания
	Параметры	С-фильтр		L-фильтр	L-C-фильтр
	Коэффициент пульсаций, KП.вых
	Коэффициент сглаживания, Кс
Коэффициенты сглаживания рассчитываются по формуле
	Кс	KП.вх	,
		KП.вых
		14

где KП.вх – коэффициент пульсаций на входе в фильтр, значение коэффициента пульсаций, полученное в лабораторной работе №1 для однополупериодного выпрямителя;

KП.вых – коэффициент пульсаций на выходе из фильтра, рассчитывается по формуле, приведенной в таблице 1 в строке 3.

В основных выводах необходимо дать оценку применению рассмотренных фильтров в однополупериодной схеме выпрямления.

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ НА АКТИВНУЮ НАГРУЗКУ

Цель работы: освоение методов работы с виртуальными математическими моделями полупроводниковых силовых преобразователей и изучение принципа работы однополупериодного выпрямителя при работе на активную нагрузку.

Принцип работы однополупериодного выпрямителя при работе на активную нагрузку

Схема и временные диаграммы однополупериодного выпрямителя приведены на рис. 9.

а)

б)

Рис. 9. Схема (а) и временные диаграммы (б) однополупериодного выпрямителя

В интервале времени 0 – Т/2 полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора – точка а = +, точка б = 0 . Напряжение на аноде диода больше напряжения на катоде – диод открыт.

15

К сопротивлению нагрузки RН приложено напряжение, равное по величине uН = u2 – uD и совпадающее по форме с напряжением вторичной обмотки трансформатора u2. Через сопротивление нагрузки протекает ток iН.

В интервале времени Т/2 – Т полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора – точка а = – , точка б = 0. Напряжение на аноде диода меньше напряжения на катоде – диод закрыт. Ток в цепи не протекает. Падение напряжения на сопротивлении нагрузки равно нулю, все напряжение вторичной обмотки трансформатора приложено к диоду.

Указания по выполнению лабораторной работы

При помощи инструментов программы NL5 собирается схема рассматриваемого выпрямителя (рис. 10).

Рис. 10. Схема однополупериодного выпрямителя при работе на активную нагрузку в программе NL5

Вводят исходные данные из приложения 3.

В процессе моделирования форматируют 3 файла в формате bmp. 1 файл – временные диаграммы:

 напряжения первичной обмотки трансформатора;  напряжения вторичной обмотки трансформатора; 2 файл – временные диаграммы:

 напряжения на диоде;  тока через диод;

3 файл – временные диаграммы:

 напряжения на сопротивлении нагрузки;  тока через сопротивление нагрузки.

Таблица параметров

Указанные файлы экспортируются в любой графический редактор, где формируется 4-й файл – результаты моделирования.

Схему выпрямителя из NL5 копировать в формате bmp не надо, следует воспользоваться функцией Print Screen.

В качестве примера на рис. 11 приведены результаты моделирования рассматриваемого выпрямителя при U1m = 100 В; КТ = 0,5; Rн = 2 Ом; VD = 1,5 B.

16

Рис. 11. Результаты моделирования однополупериодного выпрямителя

17

Лабораторная работа № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ С НУЛЕВЫМ ВЫВОДОМ ПРИ РАБОТЕ НА АКТИВНУЮ НАГРУЗКУ

Цель работы: освоение методов работы с виртуальными математическими моделями полупроводниковых силовых преобразователей и изучение принципа работы двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом при работе на активную нагрузку.

Принцип работы двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом при работе на активную нагрузку

Схема двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом представляет собой сочетание двух однополупериодных выпрямителей с общей нагрузкой. При этом напряжение на каждой половине вторичной обмотки трансформатора можно рассматривать как два независимых синусоидальных напряжения, сдвинутых относительно друг друга по фазе на угол 180°.

Схема и временные диаграммы двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом приведены на рис. 12.

а)

б)

Рис. 12. Схема (а) и временные диаграммы (б) двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом

В интервале времени 0 – Т/2 полярность напряжения 1 полуобмотки вторичной обмотки трансформатора – точка а = +, точка в = 0. Напряжение на аноде диода VD1 больше напряжения на катоде – диод VD1 открыт, прямое напряжение на диоде VD1 –

uVD1пр.

18

К сопротивлению нагрузки RН приложено напряжение, равное по величине uн = u21 – uVD1пр и совпадающее по форме с напряжением 1 полуобмотки вторичной обмотки трансформатора u21. Через сопротивление нагрузки протекает ток i1 = iН.

В то же самое время полярность напряжения 2 полуобмотки вторичной обмотки трансформатора – точка б = –, точка в = 0. Напряжение на аноде диода VD2 меньше напряжения на катоде – диод VD2 закрыт. К диоду VD2 приложено обратное напряжение

uVD2обр=(u21+u22) – uVD1пр.

В интервале времени Т/2 –Т полярность напряжения 2 полуобмотки вторичной обмотки трансформатора – точка б = +, точка в = 0. Напряжение на аноде диода VD2 больше напряжения на катоде – диод VD2 открыт, прямое напряжение на диоде VD2 – uVD2пр.

К сопротивлению нагрузки RН приложено напряжение, равное по величине uн= u22 – uVD2пр и совпадающее по форме с напряжением 2 полуобмотки вторичной обмотки трансформатора u22 . Через сопротивление нагрузки протекает ток i2 = iН.

В то же самое время полярность напряжения 1 полуобмотки вторичной обмотки трансформатора – точка а = –, точка в = 0. Напряжение на аноде диода VD1 меньше напряжения на катоде – диод VD12 закрыт. К диоду VD1 приложено обратное напряжение

uVD1обр=(u21+u22) – uVD2пр.

Указания по выполнению лабораторной работы

При помощи инструментов программы NL5 собирается схема рассматриваемого выпрямителя (рис. 13).

Рис. 13. Схема двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом при работе на активную нагрузку в программе NL5

Вводят исходные данные из приложения 3.

В процессе моделирования форматируют 3 файла в формате bmp.

19

Рис. 14. Результаты моделирования двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом

20