2. Описание виртуальной лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка для исследований показана на рис.2.4.3, она содержит:

Рис.2.4.3

источник синусоидального напряжения (Inductive source with neutral);

активно-индуктивную нагрузку с противо-э.д.с.(R,L), (E);

измерители мгновенных токов в источнике питания (I1) и нагрузке

(I_load);

измеритель мгновенного напряжения на нагрузке (U_load);

блоки для измерения гармонических составляющих тока питания

(Fourier I1) и тока тиристора (Fourier T0);

блок для измерения гармонических составляющих тока нагрузки (Fourier I0) и аналогичный блок для измерения гармонических составляю- щих напряжения на нагрузке (Fourier U0);

блок для измерения действующего тока тиристора (RMC T)

блок для наблюдения мгновенных значений тока в цепи питания, тока нагрузки и напряжения на на-

грузке (Scope);

блок для наблюдения и измерения мгновенных зна- чений величин, которые вы- браны в поле Measurement соответствующих блоков (Multimeter);

блок для измерения ам- плитудного значения тока и его фазы в цепи питания (Display1);

блок для измерения среднего и действующего значения тока тиристора (Display2);

блок для измерения средних значений тока и на- пряжения на нагрузке (Dis- play);

блок To Workspace, предназначенный для пере- дачи исследуемого сигнала в рабочее пространство MatLab

с последующей обработкой

Рис.2.4.4

пакетом расширения Signal Processing Toolbox для исследования гармониче-

ского спектра тока потреб- ления;

однофазный тиристор- ный мост рис.2.4.4 (Universal Bridge);

библиотечный блок управления трехфазным вы- прямителем рис.2.4.5 (Syn- chronized 6-Pulse Generator).

Все перечисленные блоки (кроме двух послед- них) и их параметры повто- ряют те, которые были рас- смотрены в лабораторных

Рис.2.4.5

работах №1, №2.

В поля блока управления вводится частота и длительность импульса управления в градусах. Последнюю величину следует согласовывать с сигна- лом управления (вход alpha_deg в блоке Synchronized 6-Pulse Generator), так, чтобы сумма этих углов не превышала 120 градусов (для выпрямителя). На вход блока поступают синхронизирующие сигналы от сети и сигнал задания угла управления.

Окно настройки блока To Workspace показано на рис.2.4.6.

Рис.2.4.6

В первое поле окна настройки введено название переменной, под кото-

рой измеренный вектор будет фигурировать в рабочем пространстве. Во вто- ром окне определена длина вектора (количество записанных значений иссле- дуемой переменной). Длина вектора должна быть связана как с частотой ис- следуемого сигнала, так и со временем поля Sample Time. Частота исследуе- мого сигнала равна 50 Гц. При времени считывания 2е-4, на периоде считы- вается 100 точек. Из этого следует, что в рабочую область при длине вектора 200 будут записаны два последних периода исследуемого сигнала, так как для получения спектра необходимо записывать не менее двух периодов. Формат вектора записывается в нижнем поле окна.

3. Порядок проведения лабораторной работы

Исследование трехфазного управляемого выпрямителя при работе на ак- тивно-индуктивную нагрузку проводится на виртуальной установке рис.2.4.3.

Параметры источников питания и нагрузки остаются такими же, как и в лабораторных работах №1, №2.

Параметры моделирования задаются на вкладке Simulation/Simulation Parameters/Solver рис.2.4.7. В поле Max step size устанавливается значение шага моделирования, это же значение устанавливается в поле Sample time всех блоков, которые имеют это поле. В оставшихся полях можно оставить то, что компьютер устанавливает по умолчанию.

в таблицу 2.4.1.

Рис.2.4.7

1. При снятии внешних характеристик управляемого выпрямите- ля параметры R, L нагруз- ки остаются без измене- ний, изменяется противо- э.д.с. нагрузки от -100В до 0В с шагом 20В. Внешние характеристики снимают- ся для трех значений угла управления выпрямителем (   0^o ,40^o ,60^o ).

Моделирование про- водится для каждого зна- чения противо-э.д.с. и угла управления. Результаты моделирования заносятся

Таблица 2.4.1

Данные		Измерения
	E	Iн	U н	I1(1)max	1	IT 0	IT	UTmax	ITmax
град	В	А	В	А	град	А	А	В	А

Принимаем, что амплитуда источника питания

^U1max

 const  535В .

Амплитуда первой гармоники тока в источнике питания

I₁(1)_max

и началь-

ная фаза этого тока

₁ определяются по показаниям Display1, ток и напря-

жение на нагрузке определяются по показаниям Display. Мгновенные значе- ния этих величин можно наблюдать на экране осциллоскопа. Для одного из расчетов представить эти зависимости (экран осциллоскопа) в отчете. В гра- фическом окне блока Multimeter наблюдаются и определяются максимальные

напряжение (U_Tmax ) и ток тиристора ( I_Tmax ). Средний

^IT 0

и эффективный

I_T ток тиристора определяются по показаниям Display2.

Вычисление полной и активной мощности, потребляемой выпрямителем от источника питания по первой гармонике, а также мощности в нагрузке, осуществляется по выражениям:

S 1  ^{3U1max I11max} ВА,

_{P 1 } 3I₁1_maxU_1maxcos_{1 Вт,}

1 ₂ 1 ₂

P_н  U _н I_нВт

Потери в тиристоре управляемого выпрямителя рассчитываются по вы- ражению:

Т

P_Т  U _f I_{Т 0}  I ² R_on ,

где

U _f и

^Ron

- параметры тиристора, определяемые в окне настройки

тиристорного моста (рис.2.4.4).

Результаты вычислений заносятся в таблицу 2.4.2.

Таблица 2.4.2

Вычисления
S1(1)	P11	Pн	PT
ВА	Вт	Вт	Вт

2. По результатам таблиц 2.4.1, 2.4.2 строятся:

внешняя (нагрузочная) характеристика управляемого выпрямителя

U_н  f I_н ;

энергетические характеристики управляемого выпрямителя

I₁1_max ,I_{T 0} ,I_T  f I_н ;

энергетические характеристики управляемого выпрямителя

S₁1,P₁1,P_T  f P_н .

3. Исследовать регулировочную характеристику управляемого трехфазного выпрямителя при одном значении противо-э.д.с. (задается пре- подавателем) и изменении угла управления от 0 до 120 градусов с шагом 20 градусов, при этом заполняется таблица 2.4.3.

Таблица 2.4.3

Измерения
 (град)	Uн (В)

По результатам таблицы 2.4.3 строится регулировочная характеристика

U_н  f .

4. Исследовать спектральный состав тока потребления управляе- мым выпрямителем при одном значении угла управления (задается препода- вателем) в пакете расширения Signal Processing Toolbox. Используя средства просмотра сигнала, записанного в рабочую область под именем Lab_4, мож- но просмотреть исследуемый сигнал.

Для определения абсолютных значений гармонических составляющих в амперах следует воспользоваться формулой

I  A  ^y I

1 ,

(1)

¹ max

_y1 1

max

где  - номер гармоники,

^I1max

- амплитуда тока -ой гармоники в

амперах,

y₁ , y_ - значения определенные путем спектрального анализа,

^I11max

- ток считанный с дисплея в амперах. По результатам измерений и

расчетов заполняются таблицы 2.4.4, 2.4.5.

Таблица 2.4.4

Измерения
 (град)	y2	y3	y4	y5	I11max (А)

Таблица 2.4.5

Вычисления
I12max (А)	I13max (А)	I14max (А)	I15max (А)

5. Исследовать регулировочную и энергетические характеристики ведомого сетью инвертора. При снятии характеристик параметры R, L в цепи постоянного тока инвертора остаются без изменений, изменяется угол управ-

ления от

90^o

до 110^o

с шагом 10^o . Характеристики снимаются для трех зна-

чений э.д.с. нагрузки 200В, 300В, 400В. Для одного из расчетов представить временные зависимости потребляемого тока, напряжения и тока на нагрузке (экран осциллоскопа) в отчете. Моделирование проводится для каждого зна- чения угла управления и э.д.с., результаты заносятся в таблицу 2.4.6.

Таблица 2.4.6

Данные		Измерения
	E	Iн	U н	I1(1)max	1	UTmax	ITmax
град	В	А	В	А	град	В	А

Полная и активная мощность по первой гармонике, генерируемая ведо- мым инвертором в сеть переменного тока, мощность в цепи постоянного тока рассчитываются по выражениям:

S 1  ^{U1max I11max} ВА, P 1  ^{I11maxU1maxcos1} Вт,

1 ₂ 1 ₂

P_н  U_н I_нВт

Результаты вычислений заносятся в таблицу 2.4.7.

Таблица 2.4.7

Вычисления
S1(1)	P1(1 )	Pн
ВА	Вт	Вт

По результатам таблиц 2.4.6, 2.4.7 строятся: регулировочная характери-

стика ведомого сетью инвертора U_н  f I_н  и его энергетические характери-

стики S₁1,P₁1  f P_н  .

6. Исследовать спектральный состав тока, генерируемого инверто- ром в сеть, осуществляется при одном значении угла управления (задается преподавателем) в пакете расширения SPTool. Используя средства просмотра сигнала, записанного в рабочую область под именем Lab_4, можно просмот- реть исследуемый сигнал.

Для определения абсолютных значений гармонических составляющих в амперах следует воспользоваться формулой (1). По результатам измерений и расчетов заполняются таблицы 2.4.8, 2.4.9.

Таблица 2.4.8

Измерения
 (град)	y2	y3	y4	y5	I11max (А)

Таблица 2.4.9

Вычисления
I12max (А)	I13max (А)	I14max (А)	I15max (А)