Описание виртуальной лабораторной установки

Лабораторная работа №1

Исследование однофазного двухполупериодного выпрямителя

Цель работы

Исследование однофазного двухполупериодного выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку с обратным диодом.

Указание к выполнению работы

К выполнению лабораторной работы следует приступить после изучения разделов книги 2.2, 2.3, 3.2, 3.5. В качестве дополнительной литературы рекомендуется воспользоваться [10,13].

Содержание работы

Исследование внешней энергетических характеристик однофазного двухполупериодного выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку с обратным диодом без учета коммутации.

Описание виртуальной лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка для исследований, предусмотренных содержанием работы, показана на рис. 6.1.1, она содержит:

· источник синусоидального напряжения (220V, 50Hz);

· Однофазный трансформатор (Transformer) ;

· Однофазный диодный мост (Universal Bridge);

· Активно-индуктивную нагрузку (R,L);

· Обратный диод (Diode);

· Измерители мгновенных токов в источнике питания (I1) и нагрузке (I Load);

· Измеритель мгновенного напряжения на нагрузке (ULoad);

· Блок для измерения гармонических составляющих тока питания (Fourier I1);

Рис.6.1.1.Модель однофазного выпрямителя

· Блок для измерения гармонических составляющих тока нагрузки (Fourier IO) и аналогичный блок для измерения гармонических составляющих напряжения на нагрузке (Fourier UO);

· Блок для наблюдения (измерения) мгновенных значений тока в цепи питания, тока нагрузки и напряжения на нагрузке (Scope);

· Блок для наблюдения и измерения мгновенных значений величин, которые выбраны в поле Measurement соответствующих блоков (Multimeter);

· Блок для измерения амплитудного значения тока первой гармоники и ее фазы в цепи питания (Display1);

· Блок для измерения средних значений тока и напряжения на нагрузке (Display2).

Окно настройки параметров источника питания показано на рис. 6.1.2.  

В полях настройки задаются:

· Амплитуда напряжения в вольтах (Peak amplitude ,V);

· Начальная фаза напряжения в градусах (Phase ,deg);

· Частота напряжения в герцах (Frequeney,Hz).

Параметр Sample time задает дискретность задания напряжения. Такой параметр имеется во многих библиотечных блоках, он должен быть согласовон с временем дискретизации при задании параметров моделирания (рис. 6.1.10). При моделировании аналогоего можно установить равным нулю.

Рис. 6.1.2. Окно настройки параметров источника питания

Рис. 6.1.3. Окно настройки параметров трансформатора

Окно настройки параметров трансформатора показано на рис. 6.1.3. В полях окна настройки вводятся номинальная мощность и частота трансформатора (Nominal power and frequency), параметры первичной и вторичной обмоток (Winding 1 parametrs,winding 2 parameters) и параметры ветви намагничивания (Magnetization resistance and reactance). Параметры схемы замещения трансформатора приведены к относительным (безразмерным) величинам.

Для определения относительных параметров трансформатора необходимо рассмотреть его схему замещения.

Обобщенная схема замещения трансформатора показана на рис. 6.1.4. Эта схема замещения представлена как идеальный трансформатор с вынесенными элементами, характеризующими потери в обмотках (R2,R2,R3), потоки рассеяния обмоток (L1,L2,L3) и цепь намагничивания трнсформатора (Lm,Rm).

Рис. 6.1.4. Обобщенная схема замещения трансформатора

Преимущество задания параметров трансформатора в относительных величинах состоит в том, что для первичной и вторичных обмоток они окзываются равными (рис. 6.1.4). Кроме того, относительные параметры ветви намгничивания тоже равны между собой. В приложении П1 приведены данные трансформаторов и выражения для определения их относительных параметров. В лабораторной работе исследуется двухобмоточный трансформатор. В этом случае в поле параметров для третьей обмотки введен нуль.

Рис. 6.1.5. Окно настройки параметров диодного выпрямителя

Окно настройки параметров выпрямителя покзана н рис. 6.1.5.

В полях настройки заданы:

· количество ветвей моста (2) (Number of bridge arms );

· конфигурация входных и выходных портов (Port configuration);

· параметры демпфирующих цепей (Snubber resistance, Snubber capacitance);

· тип полупроводниковых приборов в универсальном мосте  (Power Electronic device);

· динамическое сопротивление диодов в открытом состоянии в омах (Ron, Ohms);  

· индуктивность диода в открытом состоянии в генри (Lon, H);

· пороговое напряжение на диоде в открытом состоянии в вольтах (Forward voltage, V).

В поле Measurement выбрны величины, которые измеряются блоком Multimetr.

Окно настройки параметров нагрузки показана на рис. 6.1.6. Для реализции активно-индуктивной нагрузки в последовтельной R,L,C цепи в двух первых полях (Resistance R, Ohms, Inductance L, H) устанавливается значение активного сопротивления в омах и индуктивности в генри, в третьем поле (Capacitane C, F) – бесконечность (inf).

В окне нстройки параметров блока Fourier I1 (рис. 6.1.7) устанавливается частота, равная частоте питающего напряжения, и номер первой гармоники.

Блоки Fourier I0, Fourier U0 измеряют постоянные составляющие выходного тока и напряжения. При двухполуперионом выпрямлении основаная частота выходного напряжения (тока) равна удвоенной частоте источника (f=100).

В поле (Harmonic n) задается номер гармоники. В данном случае измеряется постоянная составляющая (n=0).

Окно приборов Display для измерения значений исследуемых процессов показан на рис. 6.1.8. В первом поле задается формат представления измеряемых значений.

Второе поле (Decimation) определяет периодичность вывода значений в окне Display.

Параметров Sample time задает дискретность вывода измеряемых значений. Этот параметр должен быть соглсован с временем дискретизации при задании параметров моделирования (рис. 6.1.10). При моделировании аналоговых систем его можно устновить равным нулю.

Окно нстройки блока Multimeter показана на рис. 6.1.9.

В левом поле (Available) высвечиваются все напряжения и токи универсального моста, тк как они заданы в окне насиройки блока рис. 6.1.5.

В правом поле (Selected) отражены те переменные, которые измеряет блок (эти значения перенесены из левого поля в правое кнопкой Select).

Переменные правого поля можно измерить на выходе блока внешними приборами. При включенном флажке Display signals at simulation stop мгновенные значения этих величин отражаются в графическом окне блока по оканчению очередного моделирования.

Рис. 6.1.6. Окно настройки параметров нагрузки

Рис. 6.1.7. Окно настройки блоки Fourier 1

Рис. 6.1.8. Окно настройки блока Display

Рис. 6.1.9. Окно настройки блока Multimeter