Векторное управление активным выпрямителем напряжения

Модельно-ориентированное проектирование. Построение активного выпрямителя (на основе математической модели)

Продолжение цикла статей про модельно ориентированное проектирование. В предыдущих сериях:

В этой серии, авторы Ю. Н. Калачев и А.Г. Александров, представляют математическую модель активного выпрямителя в среде структурного моделирования.

Активные выпрямители широко применяются в преобразовательной технике для обеспечения активного характера обмена энергией с сетью. Они представляют собой двунаправленный AC-DC преобразователь с единичным коэффициентом мощности и низкими негармоническими искажениями. Основой устройства является трехфазный мостовой инвертор, подключаемый к сети через трехфазный дроссель (см. Рис.1).

1. Как это работает?

Инвертор в данном устройстве работает как повышающий преобразователь, поддерживающий в звене постоянного тока заданное напряжение (U_dc) с помощью управления амплитудой и фазой тока дросселя.

При этом заряженную емкости C_{dc инвертора можно рассматривать как источник напряжения, из которого инвертор с помощью ШИМ способен формировать трехфазное напряжение различной амплитуды и фазы (естественно, вследствие импульсного управления речь идет о среднем напряжении). Это напряжение совместно с напряжением сети формирует напряжение, на трехфазном дросселе определяющее фазу и амплитуду его тока.}

На холостом ходу (если потребление тока от сети отсутствует) инвертор формирует напряжение, совпадающее с напряжением входной сети по амплитуде и фазе. Ток в дросселе при этом, естественно, не течет.

В режиме активного потребления на дросселе формируется напряжение, фаза которого опережает фазу сети на π/2. При этом ток в индуктивности, отстающий от напряжения на π/2, совпадет по фазе с напряжением сети. Его амплитуда, необходимая для поддержания в звене постоянного тока заданного напряжения, определяется амплитудой напряжения на дросселе.

В режиме рекуперации (при отдаче энергии в сеть) на дросселе формируется напряжение, отстающее от сетевого по фазе на π/2, что приводит к протеканию тока дросселя в противофазье с напряжением сети. Заданное напряжение в звене постоянного тока при этом поддерживается амплитудой напряжения на дросселе.

На Рис.2 показаны векторные диаграммы, поясняющие вышесказанное.

На диаграммах:
— вектор напряжения входной сети
— вектор напряжения, формируемый инвертором
— вектор напряжения дросселя
— вектор тока сети
Система координат ABC – неподвижная, трехфазная
Система координат XY – вращающаяся система координат, ось X которой совпадает с вращающимся вектором напряжения сети.

ПРИМЕЧАНИЕ Глядя на диаграммы на Рис.2 можно заметить интересную деталь: малейшее отличие фазы вектора напряжения инвертора от фазы вектора напряжения сети приводит к фазовому скачку напряжения на дросселе на ±90º, и соответственно, к смене режима холостого хода на рекуперацию или активное потребление.

Итак, как уже говорилось, на трехфазном дросселе и инверторе строится повышающий преобразователь, обеспечивающий поддержание заданного напряжения звена постоянного тока (U_dc). Это поддержание осуществляется с помощью управления вектором входного тока. За счет ШИМ-управления и повышения частоты переключения IGBT-ключей инвертора удается добиться снижения индуктивностей входного дросселя до разумных значений при получении синусоидальной формы входного тока и обеспечении его активного характера.

2. Математическое описание работы активного выпрямителя

Для схемы на Рис.1 можно записать следующее выражение:

где:
R — активное сопротивление дросселя;
L — индуктивность дросселя.

Для вращающейся системы координат XY, связанной с вектором напряжения входной сети, можно записать:

где:
для 50 Гц
– активная составляющая входного тока (совпадает с фазой сети);
– реактивная составляющая входного тока (отстает или опережает фазу сети на 90º).

Для того, чтобы характер потребления корректора был активным необходимо поддерживать .

Кроме того, корректор должен обеспечивать функции выпрямителя, то есть поддерживать заданное значение , независимо от тока нагрузки.

3. Структура системы управления активного выпрямителя

Рассмотрим структуру системы на основе ее модели в SimInTech (Рис.3).

Система регулирования строится во вращающейся синхронно с вектором напряжения входной сети системе координат XY по двухконтурной структуре. Внешний контур напряжения с помощью регулятора напряжения вырабатывает задание на активную согставляющую тока дросселя (), необходимую для поддержание заданного.

Внутренний контур тока обеспечивает отработку задания активной составляющей тока () при нулевой реактивной составляющей ().

Ниже перечислены и кратко описаны блоки системы:
Uset – задатчик напряжения Udc,.
ВФ – вычислитель фазы сети, определяет угол поворота вектора напряжения входной сети в неподвижной системе координат и формирует сигналы необходимые для координатных преобразований.
ABC=>XY – преобразователь координат, осуществляет переход из неподвижной трехфазной системы координат во вращающуюся прямоугольную систему координат ХY, связанную с вектором входного напряжения.
XY=>ABC – преобразователь координат осуществляет переход из вращающейся системы координат ХY в неподвижную трехфазную.
PU – регулятор напряжения (ПИ), преобразует сигнал ошибки в сигнал задания активной составляющей входного тока .
РIx – регулятор тока, преобразует сигнал ошибки активного тока в сигнал задания напряжения по оси Х вращающейся системы координат.
РIy – регулятор тока, преобразует сигнал ошибки реактивного тока в сигнал задания напряжения по оси Y вращающейся системы координат.
Огр.U – ограничитель напряжения ограничивает вектор напряжения по модулю максимально возможным значением с приоритетом Y — составляющей.
КПС — блок компенсации предназначен для компенсации перекрестных связей между токами координат (см. последние члены в уравнениях 1.1). Компенсация не осуществляется по координате X, так как предполагается равенство нулю тока по оси Y.
ФЗМ – Формирователь Закона Модуляции — блок алгоритма ШИМ с полным использованием напряжения звена постоянного тока.

ВНИМАНИЕ:

• Имеющий глаза – да увидит несколько необычное построение вычитающих блоков на входе регуляторов тока. В них сигнал задания тока вычитается из сигнала обратной связи, а не наоборот, как обычно бывает. Это связано с тем, что при координатных преобразованиях положительным считается фазный ток, вытекающий из источника напряжения. Для преобразования АВС=>XY источником является сеть, а для обратного преобразования, XY => АВС, источником является инвертор. Так как фазные токи с точки зрения сети и инвертора противоположны, требуется инвертирование задания и обратной связи в контуре тока, что и реализуется в структуре вычитающих блоков на входе его регуляторов.
• На описании математики блоков подробно не останавливаюсь, так как она присутствует во внутренних структурах блоков, доступных пользователю SimInTech (смотрите внутреннюю структуру, читайте help на элементы).

4. Структура силовой части выпрямителя

Структура силовой части выпрямителя рассмотрена на основе ее математической модели в представлена на Рис.4.

Параметры силовой схемы следующие:
L = 0.0015 Гн
С = 10 000 мкФ
Частота ШИМ – 8.33 кГц

5. Работа модели

Пакет модели состоит из двух проектов, схемы которых приведены выше. Время интегрирования проекта системы управления равно такту ШИМ – 160мкс Время интегрирования проекта силовой части — 1мкс Синхронизация проектов с частотой обсчета проекта системы управления моделирует временную дискретность реальной (цифровой) системы управления.
Ниже приведено описание алгоритма работы пакета модели и поясняющие его работу графики (Рис.5, 6 и 7).

На участке 1 – транзисторы инвертора выключены, происходит заряд емкости звена постоянного тока через диоды инвертора с ограничением тока на зарядном резисторе.
На участке 2 – зарядный резистор шунтируется реле и на холостом ходу происходит повышение напряжения до заданного (700В).
На участке 3 – ток нагрузки (50А) потребляется из сети.
На участке 4 – ток нагрузки (-50А) рекуперируется в сеть.

Токи сети имеют активный и синусоидальный характер. Содержание высших гармоник в токе по данным анализатора спектра графика в SimInTech составляет 4.4% .

Осциллограмма тока и напряжения фазы А и экран измерения режимов снятые при работе реального активного выпрямителя в качестве звена постоянного тока преобразователя частоты приведены на Рис.8 ниже.

Можно констатировать, что ток и напряжение совпадают по фазе и Cosφ=1

Источник

Школа МATLAB. Урок 15. Исследование однофазного активного выпрямителя

Введение

Основной задачей активного однофазного выпрямителя (АВ_1) является преобразование переменного однофазного напряжения питающей сети в постоянное, компенсация искажений потребляемого тока и компенсация фазового сдвига тока сети относительно напряжения сети. По сути, АВ_1 выполняет практически ту же функцию, что и ККМ [1], но с использованием других технических средств. Основным показателем энергоэффективности АВ_1, как и ККМ, является коэффициент мощности (Power Factor, PF), который определяется отношением активной мощности к полной:

В однофазной сети полная мощность может превышать активную по двум причинам:

• нагрузка имеет активно-реактивный характер;
• нагрузка нелинейна и вызывает появление гармонических составляющих в токе.

Способы и алгоритмы управления АВ_1

Принципиальная схема активного однофазного выпрямителя (АВ_1) представлена на рис. 1а. Она содержит однофазный мостовой полупроводниковый коммутатор (ПК), выполненный на четырех транзисторных ключах VT1–VT4 с обратными диодами VD1–VD4. В диагональ моста, образованного транзисторными ключами, включен источник однофазного переменного напряжения с последовательной индуктивностью (дросселем). Активные потери в дросселе и полупроводниковых приборах инвертора, как и ранее [1, 2], учтены сопротивлением r. В цепь постоянного тока включена нагрузка. Она представлена конденсатором фильтра с параллельно включенным резистором. В однофазном мостовом полупроводниковом коммутаторе используются в основном два способа управления силовыми ключами: симметричный и поочередный.

Рис. 1. Полупроводниковый коммутатор с симметричным управлением и его структуры на коммутационных интервалах

Последовательность образования структур ПК на коммутационных интервалах в течение периода коммутации при симметричном способе переключения показана на рис. 1б, в. В этом случае на нагрузке формируются разнополярные импульсы в течение каждой полуволны модулирующего сигнала.

Последовательность образования структур ПК на коммутационных интервалах в течение периода коммутации при поочередном способе переключения показана на рис. 2а–г. Интервал времени, в течение которого нагрузка подсоединена к сети с помощью диагонально расположенных транзисторов, назовем импульсом, а интервал времени, когда сеть закорочена на индуктивность с помощью верхних (VT1, VT3) или нижних (VT2, VT4) транзисторов, назовем паузой. При положительной полуволне модулирующего напряжения в течение импульса открыты диагональные транзисторы VT1, VT4 (рис. 2а), а в течение паузы поочередно включаются то верхние по схеме транзисторы VT1, VT3 (рис. 2в), то нижние VT2, VT4 (рис. 2г). При отрицательной полуволне модулирующего напряжения в течение импульса открыты диагональные транзисторы VT3, VT2 (рис. 2б), а в паузе алгоритм переключения транзисторов не изменяется.

Рис. 2. Структуры полупроводникового коммутатора с симметричным управлением

Таким образом, при любом знаке входного модулирующего сигнала в состоянии переключения находятся все четыре транзисторных ключа моста. Этим достигаются одинаковые условия работы полупроводниковых приборов в мостовой схеме.

При поочередном способе переключения на нагрузке формируются однополярные импульсы в течение каждой полуволны модулирующего сигнала.

Алгоритмы управления АВ_1 аналогичны тем, которые подробно рассмотрены в [1, 2] применительно к импульсному регулятору постоянного напряжения и корректору коэффициента мощности.

Аналитическое исследование АВ_1

Первоначально рассмотрим независимый алгоритм управления [1, 2], позволяющий оценить физику работы АВ_1 и его предельные возможности. Анализ АВ_1 осуществляется в соответствии с функциональной схемой, показанной на рис. 3.

Рис. 3. Функциональная схема АВ_1

Первая гармоника ЭДС на зажимах А и В может быть представлена в комплексном виде следующим выражением:

где U_d — напряжение на нагрузке; φ_m — фаза входного модулирующего синусоидального сигнала по отношению к напряжению сети; m — коэффициент модуляции. Символическое уравнение, составленное в соответствии со вторым законом Кирхгофа для АВ_1, запишется в виде:

где x = ωL = 2πf₁L — индуктивное сопротивление дросселя на частоте питающей сети.

Рассмотрим физику работы АВ_1, используя векторную диаграмму в комплексной плоскости. При этом в синхронно вращающейся системе координат обозначим вещественную ось комплексной плоскости через X, а мнимую — через Y. Направим вектор · U₁ напряжения сети по вещественной оси, тогда

На векторной диаграмме показано, что активный выпрямитель в зависимости от соотношения величин напряжения сети U₁ и ЭДС Е₀₁ может потреблять из сети положительную (индуктивную) (рис. 4а) либо отрицательную (емкостную) мощность (рис. 4б). Поэтому, изменяя коэффициент модуляции, можно менять коэффициент мощности АВ_1.

Рис. 4. Векторная диаграмма АВ_1

В синхронно вращающейся системе координат при совмещении вещественной оси с вектором напряжения сети уравнения (1, 2) запишутся в виде:

где U₁ — амплитуда фазного напряжения сети; E_x E_y — амплитуды первых гармоник фазных ЭДС АВ_1.

Для полного описания АВ_1 систему уравнений (3) следует дополнить уравнением энергетического баланса между сетью и нагрузкой и уравнением Кирхгофа для цепи постоянного тока.

где C, R — емкость конденсатора фильтра и сопротивление нагрузки. Совместное решение уравнений (3, 4) позволяет получить замкнутые аналитические выражения для расчета статических характеристик АВ_1.

Регулировочные характеристики, представляющие зависимости выходного напряжения от коэффициента и фазы модуляции, в установившемся режиме рассчитываются по уравнению:

— полное сопротивление дросселя в цепи переменного тока.

Токи и мощности АВ_1 рассчитываются по уравнениям:

При преобразовании уравнений к относительным единицам (per units, pu) в качестве базовых единиц примем U_b = U₁, I_b = U₁/z, P_b = U_bI_b, тогда (5–7) преобразуются к виду:

Из уравнения (8) следует, что напряжение на нагрузке при постоянных параметрах АВ_1 зависит как от коэффициента модуляции m, так и от фазы модуляции φ_m. Определим фазу модуляции, при которой напряжение на нагрузке максимально. Для этого возьмем производную от U_d по φ_m и приравняем ее к нулю. Предельная для любого значения сопротивления нагрузки R величина выходного напряжения достигается при единственном значении фазы входного модулирующего синусоидального сигнала по отношению к напряжению сети φ_m = –arctgx/r. Для этого значения ниже рассчитаны основные характеристики активного однофазного выпрямителя при следующих параметрах: r = 0,4 Ом, x = 1,57 Ом, z = 1,583 Ом, U₁ = 310 В.

Регулировочные характеристики для различных значений сопротивления нагрузки, рассчитанные по уравнению (8), приведены на рис. 5. Из них следует, что предельное напряжение на нагрузке растет с увеличением сопротивления нагрузки R. Коэффициент модуляции m, при котором достигается максимальное предельное значение выходного напряжения, уменьшается с ростом сопротивления нагрузки.

Рис. 5. Регулировочные характеристики АВ_1 при независимом алгоритме управления

Зависимости активного и реактивного токов, рассчитанные по (9), представлены на рис. 6. Отрицательный реактивный ток является индуктивным (рис. 4). На рис. 6 видно, что условие PF ≈ 1 соблюдается только при определенных постоянных значениях. Например, для АВ_1 с выбранными параметрами (r = 0,4 Ом; x = 1,57 Ом; z = 1,583 Ом; U₁ = 310 В) и с сопротивлением нагрузки R = 20 Ом это условие соблюдается при m = 0,8 (рис. 6), для напряжения на нагрузки U_d(pu) = 2,6.

Рис. 6. Электромагнитные характеристики АВ_1 при независимом алгоритме управления

Зависимости активной и реактивной мощности в питающей сети переменного тока, а также мощности в нагрузке от коэффициента модуляции, рассчитанные по уравнениям (10), приведены на рис. 7. Эти зависимости показывают, что при рассмотренном независимом алгоритме управления АВ_1 имеет достаточно низкий КПД во всем диапазоне изменения коэффициента модуляции.

Рис. 7. Энергетические характеристики АВ_1 при независимом алгоритме управления

Виртуальная лабораторная установка АВ_1 при независимом алгоритме управления и ее характеристики

Виртуальная лабораторная установка для исследования активного однофазного выпрямителя с независимым алгоритмом управления показана на рис. 8. Модель АВ_1 содержит силовые блоки, блоки управления, блоки измерения и блоки передачи сигналов внутри модели и в рабочую область МATLAB. Разработка модели осуществлялась при использовании структурно-функциональных (пакет Simulink) и виртуальных (пакет расширения Sim Power System) блоков. Представление результатов моделирования реализуется программными и инструментальными средствами МATLAB [7]. Время симуляции составляет 2 с, шаг дискретизации Max Step Size = 10 –4 .

Рис. 8. Виртуальная лабораторная установка для исследования АВ_1 с независимым алгоритмом управления

Каждый блок пакетов Simulink и Sim Power System имеет окно настройки основных параметров. Библиотеки основных блоков, составляющих модель, их названия, пиктограммы и параметры приведены в таблице 1.

Таблица 1. Библиотеки основных блоков, их названия, пиктограммы и параметры

Источник синусоидального напряжения

Полупроводниковый коммутатор

Дроссель

Конденсатор фильтра и сопротивление нагрузки

Генератор задания коэффициента модуляции

Блок задания модулирующего сигнала

Измеритель напряжения и тока

Блок записи напряжения и тока
в рабочее пространство

Библиотека	Блок	Параметры блока
Sim Power SystemElectrical Source	Peak amplitude (V) — 310 Phase (deg) — 0 Frequence (Hz) — 50 Simple time — 0 Measurements — Voltage
Sim Power SystemPower Electronics	Number of bridge arms — 2 Snabber resistance Rs(Ohm) — 1e-5 Snabbers capacitance Cs-inf Power Electronic devices — IGBT/Diodes Ron(Ohm) — 1e-3 Forvard voltage [1 1] Tf (s), Tt (s) — [1e-6, 2e-6] Measurements — None
Sim Power SystemElements	Branch type — R L Resistance (Ohms) — 0.4 Inductance (H) — 5e-3 Measurements — Branch current
Sim Power SystemElements	Capacitance C (F) — 1e-2 Measurements — Branch voltage Resistance (Ohms) — 20 Measurements — Branch current
SimulinkSim Power SystemExtrasControl Blocks	Time values — [0; 2] Output values — [0; 1]
SimulinkSource	Amplitude — 1 Bias — 0 Frequency (rad/sec) — 2*pi*50 Phase (rad) — -75.6*pi/180
Sim Power SystemMeasurement	Selected Measurements: Usrc: AC Ib: r L Ub: C Ib: R
SimulinkSinks	Variable name — out Limit data points to last — 2e+4 Decimation — 10 Sample time — 1e-5 Save format — Array

В блоке Subsystem 1 (рис. 9) последовательно вычисляются:

• амплитуда напряжения сети;
• амплитуда первой гармоники тока сети;
• среднее напряжение на нагрузке;
• средний ток нагрузки.

Рис. 9. Блок вычисления

По проведению симуляции строятся зависимости напряжения на нагрузке и полного тока в сети. Для построения этих зависимостей служит программа, помещенная в листинге 1. Сами характеристики для R = 20 Ом представлены на рис. 10. Сравнение этих характеристик с рассчитанными аналитически (рис. 5) показывает их достаточно хорошее совпадение.

Рис. 10. Регулировочные характеристики АВ_1

Зависимости относительных активного и реактивного токов и мощностей (см. уравнение 10) строятся программой (листинг 1), в которой построение графиков изменено в соответствии с листингом 2. Эти характеристики представлены на рис. 11.

Рис. 11. Электромагнитные характеристики АВ_1

Исследования, приведенные выше, свидетельствуют о том, что при независимом алгоритме управления АВ_1 может обеспечить требование PF = 1 только при фиксированных значениях коэффициента модуляции, напряжения на нагрузке и сопротивления нагрузки и имеет достаточно низкий КПД во всем диапазоне изменения коэффициента модуляции. Поэтому при построении схемы управления АВ_1, рассчитываемого на работу с изменяющимся сопротивлением нагрузки, приходится отказаться от независимого алгоритма управления.

Для обеспечения PF = 1 при изменении сопротивления нагрузки следует использовать скользящее токовое управление (алгоритмы T_I_d * или I_d * _I_d * «токовый коридор» [1, 2]). В этом случае заданный ток в сети в определенном масштабе должен повторять форму напряжения сети. Формирование заданного тока в сети показано на рис. 3. Здесь напряжение сети делится на амплитуду напряжения сети и затем умножается на заданный ток. В результате на входе системы управления (СУТ) заданный ток сети будет синусоидальным, совпадающим по фазе с напряжением сети.

В синхронно вращающейся системе координат (x — вещественная ось, y — мнимая) при совмещении вещественной оси с вектором напряжения сети токи в сети при PF = 1 определятся из уравнения:

При введении базовых и относительных единиц U(pu) = U/U_b; I(pu) = I/I_b; U_b = U₁; I_b = U_b/z; z =

уравнение баланса мощности для АВ_1 в относительных единицах запишется в виде:

По уравнению (11) строятся внешние (нагрузочные) характеристики активного выпрямителя.

Семейство нагрузочных характеристик представляет собой зависимости напряжения нагрузки от тока в нагрузке при различных заданных токах в сети питания. Эти зависимости представлены на рис. 12, они являются гиперболическими и расположены тем выше, чем больше заданный ток сети.

Рис. 12. Внешние (нагрузочные) характеристики АВ_1 со скользящим токовым алгоритмом управления

Если АВ_1 строится так, чтобы одновременно с поддержанием коэффициента мощности близким к единице он выполнял бы еще и функцию стабилизатора выходного напряжения, то электромагнитные характеристики АВ_1 при различных значениях заданного напряжения на выходе строятся по уравнению:

Эти характеристики показаны на рис. 13.

Рис. 13. Электромагнитные характеристики АВ_1 со скользящим токовым алгоритмом управления

Виртуальная лабораторная установка АВ_1 со скользящим токовым алгоритмом управления и ее характеристики

Виртуальная лабораторная установка для исследования активного однофазного выпрямителя с токовым управлением и стабилизацией выходного напряжения показана на рис. 14.

Рис. 14. Виртуальная лабораторная установка для исследования АВ_1 со скользящим токовым алгоритмом управления

Время симуляции равно 0,7 с, шаг дискретизации — Max Step Size = 1e-5. Каждый блок пакетов Simulink и Sim Power System имеет окно настройки основных параметров. Модель АВ_1 содержит силовые блоки, блоки управления, блоки измерения и блоки передачи сигналов внутри модели и в рабочую область МATLAB. В системе управления реализован алгоритм I * _d _ I * _d [1, 2].

Рис. 15. Блок управления полупроводниковым коммутатором

В блоке Sine Wave задается фаза потребляемого из сети тока относительно сетевого напряжения. В блоке Hist_Control (рис. 15) реализован симметричный способ управления полупроводниковым коммутатором; мгновенные значения напряжения и тока в сети, а также напряжения и тока нагрузки измеряются блоком Multimeter. В блоке Subsystem 1 вычисляются:

• амплитуда напряжения сети;
• амплитуда тока сети;
• среднее напряжение нагрузки;
• средний ток нагрузки.

Библиотеки блоков, отличающих эту модель от предыдущей (рис. 8), их названия, пиктограммы и параметры приведены в таблице 2.

Таблица 2. Библиотеки блоков, отличающих модель, их названия, пиктограммы и параметры

Управляемый источник противоЭДС

Генератор задания противоЭДС

Ручной переключатель

Блок задания противоЭДС

Блок задания модулирующего сигнала

Регулятор напряжения

Сумматор

Блок реле

Библиотека	Блок	Параметры блока
Sim Power SystemsElectrical Source	Source type — DC Initial amplitude — 0 Measurements — None
SimulinkSource	Time values — [0 0.2 0.71] Output values — [50 50 1200]
SimulinkSignal Routing
SimulinkSource
SimulinkSource	Amplitude — 1 Bias — 0 Frequency (rad/sec) — 2*pi*50a Phase (rad) — 0
Simulink	Proportional — 0.5 Integral — 20 Derivative — 0
SimulinkMath Operation	List of signal ±
SimulinkDiscontinuous	Relay 1: Switch on point — 0.001 Switch off point — 0.001 Output when on — 1 Output when off — 0 Relay 2: Switch on point — 1 Switch off point — 0 Output when on — 0 Output when off — 1

Релейный контур тока подчинен контуру стабилизации напряжения с ПИД-регулятором. Для получения электромагнитных и энергетических характеристик во всем диапазоне изменения тока нагрузки преобразователя в модели переключатель Manual Switch устанавливается в нижнее положение, в блоке Repeating Sequence1 формируется линейно изменяющийся сигнал.

При этом скорость изменения сигнала подбирается достаточно низкой, чем и достигается установившийся режим работы преобразователя при различном токе нагрузки.

Для построения электромагнитных и энергетических характеристик служит программа, помещенная в листинге 3.

Электромагнитные и энергетические характеристики АВ_1 со скользящим токовым алгоритмом управления и стабилизацией выходного напряжения приведены на рис. 16. Мгновенные значения напряжения и тока в питающей сети и тока в нагрузке показаны на рис. 17. Гармонический состав тока в питающей сети представлен рис. 18.

Рис. 16. Электромагнитные и энергетические характеристики АВ_1 со скользящим токовым алгоритмом управления и стабилизацией выходного напряжения

Рис. 17. Мгновенные значения напряжения и тока в питающей сети

Рис. 18. Гармонический состав тока в питающей сети

Результаты модельного исследования АВ_1 со скользящим токовым алгоритмом управления и стабилизацией выходного напряжения показали, что во всем диапазоне изменения тока нагрузки напряжение на выходе остается неизменным, равным заданному, коэффициент мощности — постоянным (PF = 1), а КПД достаточно высоким (η = 0,95–0,98).

Заключение

Материал, представленный в данном уроке, как и во всех предыдущих, позволяет использовать разработанные виртуальные лабораторные установки для всестороннего исследования однофазного активного выпрямителя. Совпадение результатов теоретического анализа и модельного эксперимента является доказательством адекватности модели. Дальнейшие исследования АВ_1 могут касаться переходных процессов при включении и выключении, набросе и сбросе нагрузки, квазиустановившихся и переходных процессов в полупроводниковых приборах. Все эти и многие другие задачи могут быть решены путем расширения методик измерения и представления результатов, подробно описанных в цитируемой литературе [3–8].

Источник