КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ MULTISIM
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
Е. М. Кузнецов, О. А. Лысенко
СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Учебное пособие
Омск
Издательство ОмГТУ
2012
УДК 621.38
ББК 31.264.5
К89
Рецензенты:
А. С. Никишкин, к. т. н., декан технического факультета
Омского института водного транспорта (филиал)
ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»;
Р. Ш. Аюпов, к. т. н., проректор по научной работе
НОУ ВПО «Академический институт прикладной энергетики»,
г. Нижневартовск
Кузнецов, Е. М.
К89 Силовая электроника : учеб. пособие / Е. М. Кузнецов, О. А. Лысенко. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2012. – 92 с. : ил.
ISBN 978-5-8149-1383-8
Приведены описания, параметры и характеристики мощных ключевых полупроводниковых приборов и режимы работы силовых ключей. Рассмотрены преобразователи переменного напряжения в постоянное и их схемная реализация. Представлены виртуальные лабораторные работы, охватывающие основные разделы дисциплины «Силовая электроника». Лабораторные работы подготовлены в системе схемотехнического проектирования Multisim.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 140400.62 «Энергетика и электротехника».
УДК 621.38
ББК 31.264.5
|
|
|
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Омского государственного технического университета
ISBN 978-5-8149-1383-8 ã ОмГТУ, 2012
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ. 4
1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ MULTISIM.. 5
2. СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ.. 13
2.1. Краткие сведения из теории. 13
2.2. Лабораторная работа «Исследование характеристик и параметров силовых полупроводниковых диодов». 18
3. СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ КЛЮЧИ.. 25
3.1. Общие сведения из теории. 25
3.2. Лабораторная работа «Исследование характеристик и параметров силовых полупроводниковых транзисторных ключей». 33
4. ВЫПРЯМИТЕЛИ.. 47
4.1. Общие сведения из теории. 47
4.2. Лабораторная работа «Исследование однофазного двухтактного выпрямителя». 62
4.3. Лабораторная работа «Исследование трехфазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом»…………………………………….……......69
4.4. Лабораторная работа «Исследование управляемого трехфазного мостового выпрямителя». 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 87
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.. 88
ПРИЛОЖЕНИЕ. Краткий перечень терминов и определений,
используемых в силовой электронике.............................................................. 89
|
|
|
Посвящается 70-летию Омского государственного технического университета, 70-летию кафедры электрической техники, 30-летию научно-педагогической школы электротехники.
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время произошли качественные изменения в области силовой электроники, связанные с расширением выбора силового элемента. Появившиеся мощные, быстродействующие MOSFET- и IGBT-транзисторы и быстродействующие силовые диоды вытесняют тиристорные устройства. Возможность коммутации токов до 1800 А и напряжений до 4,5 кВ на частотах до десятков килогерц делает применение этих транзисторов и быстродействующих диодов наиболее привлекательным в устройствах силовой электроники.
Учебное пособие соответствует содержанию дисциплины «Силовая электроника» для направления 140400.62 «Энергетика и электротехника», утвержденного Министерством образования Российской Федерации, и состоит из введения, четырех глав и списка литературы. В первой главе приводится краткое описание системы схемотехнического проектирования Multisim 8; во второй – даны характеристики и параметры быстродействующих и выпрямительных силовых диодов, приведена лабораторная работа по исследованию статических и динамических характеристик силовых диодов. В третьей главе – описание, структура, принцип действия, характеристики и параметры мощных полупроводниковых ключей на биполярных транзисторах, MOSFET-транзисторах и IGBT-транзисторах. Представлена лабораторная работа по исследованию динамических и статических характеристик силовых транзисторных ключей.
В четвертой главе рассмотрены полупроводниковые силовые выпрямители, их схемы, параметры и характеристики. Приведены три лабораторные работы по исследованию однофазных и трехфазных выпрямителей.
|
|
|
Лабораторные работы подготовлены в системе схемотехнического моделирования Multisim 8, являющейся усовершенствованием программного пакета ElectronicsWorkbench и получившей в настоящее время широкое распространение. Содержание работ, формы их проведения и способы представления результатов аналогичны тем, которые используются в реальных лабораториях, но не замещают лабораторных исследований, а дополняют их.
Пособие может быть использовано студентами указанного выше направления для изучения и экспериментального исследования элементной базы силовой электроники и преобразователей переменного напряжения в постоянное, для проработки лекционного материала, а также в учебно-исследовательских и научно-исследовательских работах.
|
|
|
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ MULTISIM
Система схемотехнического проектирования MULTISIM 8, разработанная фирмой Electronics Workbench (EWB), входящей в состав компании National Instruments Corporation, представляет собой усовершенствование пакета EWB и является в настоящее время доступной и популярной. Она позволяет объединить процессы разработки электронных устройств, их анализа и тестирования на основе технологии виртуальных приборов для учебных и производственных целей. Причем последние по внешнему виду, органам управления и характеристикам максимально приближены к их промышленным аналогам, что способствует приобретению практических навыков работы с приборами и схемами и создает иллюзию реальности. Интерфейс пользователя состоит в Multisim 8 из нескольких основных элементов, которые представлены на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Среда Multisim
Обзор компонентов
В Multisim 8 есть базы данных трех уровней (рис. 1.2):
– главная база данных ( MasterDatabase ), из которой можно только считывать информацию, в ней находятся все компоненты;
– пользовательская база данных ( UserDatabase ) – соответствует текущему пользователю компьютера. Она предназначена для хранения компонентов, которые нежелательно предоставлять в общий доступ;
– корпоративная база данных ( CorporateDatabase ) – предназначена для тех компонентов, которые должны быть доступны другим пользователям по сети.
Рис. 1.2. Проводник компонентов
База данных Multisim 8 разделена на следующие группы:
Sourse . Содержит все источники напряжения и тока, заземления, например powersourse (источники постоянного, переменного напряжения, заземление, беспроводные соединения VCC, VDD, VSS, VEE), signalvoltagesourse (источники прямоугольных импульсов, источник сигнала через определенные промежутки времени), signalcurrentsourseg (постоянные и переменные источники тока, источники прямоугольных импульсов);
Basic . Содержит основные элементы схемотехники: резисторы, индуктивные элементы, емкостные элементы, ключи, трансформаторы, реле и т. д;
Diodes . Содержит различные виды диодов: фотодиоды, диоды Шоттки, светодиоды и т. д;
Transistors . Содержит различные виды транзисторов: биполярные транзисторы, MOSFET-транзисторы, IGBT-транзисторы и т. д;
Analog . Содержит все виды усилителей: операционные, дифференциальные, инвертирующие и т. д;
TTL . Содержит элементы транзисторно-транзисторной логики;
CMOS . Содержит элементы КМОП-логики (комплементарной логики на транзисторах металл – оксид – полупроводник);
MCUModule . Управляющий модуль многопунктовой связи;
AdvancedPeripherals . Содержит подключаемые внешние устройства, дисплеи, терминалы, клавишные поля;
MiscDigital . Содержит различные цифровые устройства;
Mixed . Содержит комбинированные компоненты;
Indicators . Содержит измерительные приборы, вольтметры, амперметры
и т. д.
Виртуальные приборы
Все приборы расположены на панели инструментов (рис. 1.1).
Мультиметр ( Multimeter ) (рис. 1.3) предназначен для измерения переменного или постоянного тока или напряжения, сопротивления или затухания между двумя узлами. Диапазон измерения мультиметра подбирается автоматически. Его внутреннее сопротивление близко к идеальному, но его можно изменять.
Рис. 1.3. Виртуальный прибор мультиметр
Генератор сигналов ( Functiongenerator ) (рис. 1.4).Это источник напряжения, который может генерировать синусоидальные, пилообразные и прямоугольные импульсы. Можно изменять форму сигнала, его частоту, амплитуду, коэффициент заполнения и постоянный сдвиг. Диапазон генератора достаточен, чтобы воспроизвести сигналы с частотами от нескольких герц до аудио- и радиочастотных.
Рис. 1.4. Виртуальный прибор генератор сигналов
Осциллограф ( Oscilloscope ) (рис. 1.5). В Multisim 8 есть несколько модификаций осциллографа, которыми можно управлять как настоящими:
– двухканальный;
– четырехканальный;
– четырехканальный цифровой осцилллограф с записью «TektronicsTDS 2024».
Рис. 1.5. Виртуальный прибор осциллограф
Построитель частотных характеристик ( BodePlotter ) (рис. 1.6).Отображает относительный фазовый сдвиг входного и выходного сигналов.
Это особенно удобно при анализе свойств различных фильтров (синусных,
сетевых и др.).
Рис. 1.6. Виртуальный прибор построитель частотных характеристик
Ваттметр ( Wattmeter ) (рис. 1.7).Предназначен для измерения мощности
и коэффициента мощности.
Рис. 1.7. Виртуальный прибор ваттметр
Измерительный пробник ( Measurementprobe ) (рис. 1.8, 1.9).Показывает постоянные и переменные напряжения и токи на участке цепи, а также частоту сигнала.
Рис. 1.8. Виртуальный прибор измерительный пробник
Рис. 1.9. Показания виртуального измерительного пробника
Анализ
В Multisim 8 предусмотрено множество режимов анализа данных эмуляции – от простых до самых сложных, в том числе и вложенных. Основные виды анализа:
DC –анализ цепи на постоянном токе. Осуществляется для резистивных схем, выявляет узловые потенциалы исследуемой схемы.
AC –анализ на переменном токе, заключается в построении частотных характеристик.
Transient –анализ переходных процессов, позволяет определить форму выходного сигнала как функции времени. Чтобы начать анализ, необходимо выбрать пункт меню «SimulateAnalyses » и требуемый режим.
Плоттер – основной инструмент просмотра результатов эмуляции. Настройки плоттера находятся в окне свойств (рис. 1.10).
| Экспорт данных в Excel |
Рис. 1.10. Окно свойств Multisim 8
Postprocessor и Grapher –это программы пакета Multisim 8, которые позволяют отобразить результаты моделирования в графическом виде.
Общие правила моделирования
При моделировании схем необходимо соблюдать следующие общие правила:
– любая схема должна обязательно содержать хотя бы один символ заземления;
– любые два конца проводника либо контакта устройства, встречающиеся в точке, всегда считаются соединенными. При соединении трех или более концов необходимо использовать символ соединения (узел);
– в схемах должны присутствовать источники сигнала (тока или напряжения), обеспечивающие входной сигнал, и не менее одной контрольной точки
(за исключением анализа схем на постоянном токе).
Топология схем
В схеме не должны присутствовать контуры из катушек индуктивности и источников напряжения.
Источники тока не должны соединяться последовательно.
Не должно присутствовать короткозамкнутых катушек.
Источник постоянного напряжения должен соединяться с катушкой индуктивности и трансформатором через последовательно включенный резистор. К конденсатору, подключенному к источнику тока, обязательно должен быть параллельно присоединен резистор.
Упражнение
Собрать схему, показанную на рис. 1.11 (двойное нажатие левой кнопки мыши позволяет изменить параметры элемента; цвет проводов для удобства работы можно изменять выделением провода правой кнопкой мыши и выбором «Change Color» в появившемся контекстном меню).
Рис. 1.11. Схема усилителя
Запустить схему. Осциллограф автоматически строит графики зависимости входного и выходного напряжений от времени (рис. 1.12).
Рис. 1.12. Осциллограммы входных и выходных напряжений усилителя
Для просмотра этих осциллограмм достаточно дважды щелкнуть левой кнопкой мыши на осциллографе.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 273; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!