Моделирование электротехнических устройств в SimPowerSystems
Назначение и особенности библиотеки SimPowerSystems
Программа SimPowerSystems содержит набор блоков для построения виртуальных моделей электрических цепей, источников вторичного электропитания и устройств силовой электроники. Используя библиотеки Simulink и SimPowerSystems с применением функций и команд MATLAB, пользователь может не только имитировать работу устройств во временной области, но и изучать их частотные свойства, оценивать динамические параметры и осуществлять гармонический анализ токов и напряжений [27 - 32].
Несомненным достоинством SimPowerSystems является то, что при моделировании сложных систем силовой электроники можно использовать функциональные, виртуальные и структурные модели. Так, силовой блок полупроводникового преобразователя электрической энергии строится на основе виртуальных блоков SimPowerSystems, а система управления – с помощью функциональных блоков Simulink, отражающих лишь алгоритм ее работы без электрической схемы. Такой подход значительно упрощает саму модель и, как следствие, повышает скорость ее работы. Важно заметить, что библиотека SimPowerSystems имеет относительно большое количество блоков, а также дает возможность создавать новые подсистемы из блоков, имеющихся в библиотеке, и привлекать функции MATLAB. Все это значительно расширяет возможности программы SimPowerSystems и Simulink.
Построение SPS-моделей мало отличается от построения S-моделей (моделей Simulink). Для их создания необходимо открыть окно модели и окно библиотеки и, применив технологию «drag-and-drop», составить модель из блоков с выполнением соединений между ними. В то же время в создании SPS-моделей имеется своя специфика.
|
|
|
1. Входы и выходы SPS-моделей критичны к направлению протекания тока, а соединительные линии между блоками являются аналогами электрических проводов, по которым протекает ток в направлении по стрелкам.
Для соединения блоков следует щелкнуть ЛКМ на зажиме какого-либо блока и, удерживая ЛКМ, протянуть соединительную линию (провод) к зажиму другого блока. Выход одного блока может быть соединен с входом другого и наоборот. Если соединение из-за указанных направлений невозможно, т.е. случаи вход-вход и выход-выход, то для выполнения соединения применяют специальные блоки – соединители из библиотеки “SimPowerSystems\Connectors\”. В пакетах MATLAB 7 и 7.2 применена программа SimPowerSystems 3.1, в которой межблочные соединения некритичны к направлениям протекания токов (стрелки на соединительных линиях – проводах отсутствуют).
2. Непосредственное соединение между собой блоков из библиотеки Simulink и блоков из библиотеки SimPowerSystems недопустимо. Передавать сигнал от S-блока к SPS-блоку можно через управляемые источники тока или напряжения, а в обратную сторону – через измерители тока или напряжения.
|
|
|
3. В виртуальных моделях задаются начальные условия для токов и напряжений в реактивных элементах с помощью специального блока Powergui либо с помощью функции powerinit.
4. При анализе виртуальных моделей совместно с функциональными моделями целесообразно использовать следующие решатели дифференциальных уравнений: ode15s, ode23s, ode23t, ode23tb. При этом выбор осуществляется по результатам апробации и сравнения эффективности работы перечисленных выше решателей в процессе моделирования после запуска конкретной модели с учетом удовлетворительной скорости решения и получаемой картины процессов, т.е. при отсутствии необъяснимых выбросов или разрывов на временных диаграммах. Как правило, устанавливаемый по умолчанию решатель ode45 использовать для анализа SPS-моделей нежелательно по причине его медленной работы, и эта рекомендация выдается самим пакетом при запуске модели.
Разделы библиотеки SimPowerSystems
Откроем окно MATLAB, а из него кнопкой 
вызовем окно обозревателя Simulink Library Browser (см. рис. 3.2). Закроем в левой части окна открывшееся дерево библиотеки Simulink, щелкнув ЛКМ по значку «-» (возле Simulink), а затем откроем дерево SimPowerSystems щелчком ЛКМ по значку «+» (возле SimPowerSystems). Чаще бывает удобнее работать с окном, содержащим пиктограммы разделов SimPowerSystems. Чтобы его открыть, следует установить указатель мыши на главную строку дерева SimPowerSystems и нажать ПКМ. Появится строка с надписью “Open the SimPowerSystems Library”. После щелчка по этой строке ЛКМ открывается ожидаемое окно “Library:powerlib2” с пиктограммой разделов (рис. 3.12). Отметим, что порядок следования разделов в дереве SimPowerSystems и в окне Library: powerlib2 отличается.
|
|
|
Рис. 3.12. Окно библиотеки Library: powerlib2 - SimPowerSystems.
Видно, что библиотека SimPowerSystems в MATLAB (версия 6.5) содержит следующие основные разделы (рис. 3.12):
Electrical Sources – источники электрической энергии;
Elements – электротехнические элементы;
Power Electronics – устройства силовой электроники;
Machines – электрические машины;
Connectors – соединительные элементы;
Measurements – измерительные и контрольные устройства;
Extras (Extra Library) – дополнительные устройства;
Demos – набор демонстрационных моделей.
Кроме того, в этом окне содержится блок Powergui для проведения анализа свойств исследуемой модели. На основе блоков из перечисленных разделов имеется возможность создавать виртуальные модели довольно сложных в схемотехническом отношении источников вторичного электропитания и устройств силовой электроники.
|
|
|
Основными базисными единицами электрических величин, которые выбраны для разработки моделей в SimPowerSystems, являются две независимые величины:
- базисная мощность, равная номинальному значению мощности устройства (ВА).
- базисное напряжение, равное номинальному действующему значению напряжения питания устройства (В).
Все остальные электрические базисные единицы определяются через эти две единицы. Например, базисный электрический ток 
(А) и базисное сопротивление 
(Ом).
Для цепей переменного тока должна задаваться базисная частота 
, равная, как правило, номинальной частоте питающего напряжения 
.
Для трансформатора, имеющего несколько обмоток, одна и та же мощность (номинальная мощность трансформатора) будет использоваться для всех обмоток. Однако в соответствии с приведенными выше выражениями каждая обмотка может иметь различные базисные напряжение, ток и сопротивление [26].
В дальнейшем при описании основных разделов библиотеки SimPowerSystems рассматривается ограниченный набор блоков, входящих в тот или иной раздел. Описание практически любого стандартного блока как библиотеки SimPowerSystems, так и любой другой библиотеки представленной в дереве Simulink Library Browser, приведено в инструкциях Help. Для вызова Help конкретного блока необходимо навести курсор мыши на его пиктограмму в “дереве” раздела (окно обозревателя рис. 3.2.) и нажать ПКМ, в всплывшем окне следует щелкнуть ЛКМ на команду Help по данному блоку. Можно также воспользоваться меню Help окна Simulink Library Browser – “Help \ Help on the selected block”.
Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 333; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!