Особенности моделирования системы импульсно-фазового управления в пакете "Multisim"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности моделирования СИФУ в пакете «Multisim»

Галушко О. М.,

кандидат технических наук, доцент,

Дубов Александр Александрович,

соискатель,

Соловьев Д. С.

Национальный горный университет, г. Днепропетровск, Украина.

Изучение работы схем управления преобразовательными устройствами наиболее наглядно осуществляется с применением пакетов для анализа работы электронных устройств - EWB - Multisim.

В курсе «Электроника и микросхемотехника» для электротехнических специальностей предусмотрен соответствующий раздел. Все основные устройства, входящие в состав системы импульсно-фазового управления - (СИФУ) тиристорного преобразователя, изучаются в разделах импульсная и цифровая техника данного курса.

Моделирование каждого отдельного узла, входящего в состав СИФУ, не встречает затруднений. Характер роботы моделей практически соответствует работе реальных схем.

При построении сложных схем, однако, встречается ряд осложнений.

Одна из причин позволяет успешно моделировать схемы, в состав которых входит как импульсные, так и цифровые устройства.

Функциональная схема СИФУ ТП представлена на рис.1

Рис. 1. Функциональная схема СИФУ ТП.

ГОН - генератор опорного напряжения; НО - нуль-орган (компаратор); ФСУ - фазосмещающее устройство; ВФ - выходной формирователь; РУ - устройство потенциальной развязки; ТП - силовая схема преобразователя; Н - нагрузка (активная, активно-индуктивная).

Современные схемы СИФУ является цифровыми. При этом такие устройства как: нуль-орган, выходной формирователь и собственно вентили - тиристоры являются аналоговыми и работают в импульсном режиме.

Реализация узлов СИФУ с помощью различных элементов пакета Multisim имеет свои особенности.

Рассмотрим канал конкретной реализации системы управления однополупериодного тиристорного выпрямителя - рис. 2.

Генератор опорного напряжения - ГОН в цифровом исполнении целесообразнее построить на интегральном таймере - мультивибратор и счётчике импульсов типа 74LS393D (в данном примере рассмотрена простая - 4-х разрядная реализация ФСУ). Реализация генератора импульсов низкой частоты на цифровых схемах (логических элементах или триггерах) не обеспечивает необходимой стабильности работы.

Применение счётчика типа 74LS93 (отечественный аналог - КР555ИЕ5) невозможно, поскольку он не осуществляет счета импульсов при преобразовании его из 3-х разрядного в 4-х разрядный.

Формирование опорного кода (например, возрастающего) в течение положительной полуволны сетевого напряжения лучше осуществлять разрешением счёта счётчику импульсов, чем запуском мультивибратора. В последнем случае на начало положительной полуволны практически никогда не приходится фронт первого импульса. Для повышения надёжности работы ФСУ обнуление счётчика производится компаратором на операционном усилителе DA1 через инвертор DD2 при появлении отрицательной полуволны напряжения.

Рис. 2. Однофазный однополупериодный управляемый выпрямитель с системой управления.

фазовое импульсное управление выпрямитель

Синхронизация работы СИФУ и силовой части обеспечивается через развязывающий трансформатор Т2. Выходной формирователь реализован на двух устройствах: дифференцирующей цепочке С3, R14 и транзисторном ключе на биполярном транзисторе VT1.

В качестве устройства сравнения DD3 принят цифровой компаратор 74LS85N (отечественный аналог микросхема КР555СП1).

При исполнении СИФУ с применением моделей реальных микросхем, в которых нет выводов питания, обязательно должен быть на свободное место вынесен элемент питания VCC, тогда как для микросхем, в которых предусмотрено питание этого делать не нужно.

Тиристор - типа 2N3870, близкий к тиристору Т122-20 с параметрами:

Uос=1,7 В; Іос=20 А; Uзс=100…1200 В; Ізс=3 мА; tвк=10 мкс; tвык=100 мкс; Uу=3 В.

Результаты моделирования представлены на рис 3 - нагрузка активно-индуктивная. Как видно из рисунка иногда имеет место некоторое отклонение значения угла управления.

Рис. 3. Диаграммы работы однополупериодного выпрямителя с RL - нагрузкой.

Моделирование 3-х фазной нулевой схемы тиристорного выпрямителя - более трудоемкая задача. Реализация силовой части и упрощённое изображение 3-х каналов СИФУ представлены на рис. 4. Диаграммы роботы схемы - на рис. 5, 6.

Как видно из последнего рисунка, имеют место некоторые дефекты моделирования - выбросы при включении и выключении тиристора, но в целом данная схема работает устойчиво.

Необходимо отметить, что время счёта для этой схемы - значительно и составляет около 4 мин. Это обусловлено применением в схеме СИФУ моделей конкретных микросхем, в отличие от схем, построенных на упрощенных моделях.

Проигрыш во времени счёта компенсируется наглядностью применения моделей реальных устройств, принцип работы которых подробно изучается студентами.

Рис. 4. 3-х фазный нулевой тиристорный выпрямитель.

Рис. 5.

Рис. 6.

Литература

1. Горбачев Г.Н., Чаплин Е.Е. Промышленная электроника : Учебник для вузов/ Под ред. В.А. Лабунцова. - М.:Энергоатомиздат, 1988-320с.: ил.

2. Multisim 7: Современная система компьютерного моделирования и анализа схем электронных устройств. (Пер. с англ .) / Пер. с англ . Осипов А.И . - М .: Издательский дом ДМК пресс, 2006. -488 с.: ил.

3. Керовані випрямлячі: навчальний посібник/ М.М. Казачковський. - Дніпропетровськ: НГА України, 1999.-229с.

4. Колб Ант. А., Колб А.А. Теорія електроприводу: Навчальний посібник. - Д., Національний гірничий університет 2006. - 511с.

1. Размещено на www.allbest.ru