Схемотехническое моделирование электропреобразовательных устройств
Покупка
Новинка
Тематика:
Схемотехника. Общие вопросы
Издательство:
СибГУТИ
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 206
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
Артикул: 824644.01.99
Доступ онлайн
350 ₽
В корзину
В учебно-методическом пособии приводятся базовые теоретические сведения и описания лабораторных работ по основным разделам дисциплины: трансформаторы, неуправляемые выпрямители, пассивные и активные сглаживающие фильтры, параметрические и компенсационные стабилизаторы напряжения постоянного тока, импульсные регуляторы, корректоры и инверторы. Каждое из описаний имеет краткое теоретическое введение, задание на работу и контрольные вопросы. Все работы выполняются путем моделирования с использованием программы Electronics Workbench (EWB). Учебно-методическое пособие может быть использовано студентами всех форм обучения, а также полезно для дипломного проектирования.
Тематика:
ББК:
УДК:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (СибГУТИ) А.М. Сажнев Л.Г. Рогулина Схемотехническое моделирование электропреобразовательных устройств УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ Новосибирск 2021
УДК 621.314.2
Ктн, доц. А.М. Сажнев, дтн, доц. Л.Г. Рогулина.
Схемотехническое моделирование электропреобразовательных устройств:
Учебно-методическое пособие / ГОУ ВПО СибГУТИ. Новосибирск, 2021
г. – 206 стр.
В учебно-методическом пособии приводятся базовые теоретические
сведения и описания лабораторных работ по основным разделам
дисциплины: трансформаторы, неуправляемые выпрямители, пассивные и
активные сглаживающие фильтры, параметрические и компенсационные
стабилизаторы напряжения постоянного тока, импульсные регуляторы,
корректоры и инверторы. Каждое из описаний имеет краткое
теоретическое введение, задание на работу и контрольные вопросы. Все
работы выполняются путем моделирования с использованием программы
Electronics Workbench (EWB). Учебно-методичское пособие может быть
использовано студентами всех форм обучения, а также полезно для
дипломного проектирования.
Каф. РТУ
Илл. 227, табл. 41, список лит. – 6 назв.
Рецензент: И.И. Павлов
Для
направлений:
11.03.01
–
«Радиотехника»;
11.03.02 –
«Инфокоммуникационные технологии и системы связи»; 11.03.03 –
«Конструирование и
технология электронных средств»; 11.03.04 –
«Электроника
и
наноэлектроника»;
20.03.01– «Техносферная
безопасность»;
10.05.02
–
«Информационная
безопасность
телекоммуникационных систем»; 11.05.01– «Радиоэлектронные системы и
комплексы»; 11.05.02 «Специальные радиотехнические системы»; 11.05.04
– «Инфокоммуникационные технологии и системы специальной связи».
Утверждено редакционно-издательским советом ГОУ ВПО СибГУТИ
в качестве учебнометодического пособия
Сибирский государственный
университет телекоммуникаций
и информатики, 2021 г.
Оглавление
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
Лабораторная работа № 1. Исследование способов включения трехфазных
трансформаторов …. . . . . . . . . . . ……………………………………….. . . . . . . .. 7
1.1 Цель работы 7
1.2 Литература 7
1.3 Пояснения к работе 7
1.4 Описание моделей трехфазного трансформатора 15
1.5 Порядок выполнения работы 17
1.6 Результаты работы 21
1.7 Контрольные вопросы 21
Лабораторная работа № 2. Исследование неуправляемых выпрямителей . . . . 22
2.1 Цель работы 22
2.2 Литература 22
2.3 Пояснения к работе 22
2.4 Порядок выполнения работы 41
2.4.1 Исследование однофазного мостового неуправляемого
выпрямителя 41
2.4.1.1 Результаты работы 47
2.4.1.2 Контрольные вопросы 47
2.4.2 Исследование трехфазного неуправляемого выпрямителя 47
2.4.2.1 Результаты работы 54
2.4.2.2 Контрольные вопросы 54
Лабораторная работа №3. Исследование пассивных сглаживающих
фильтров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.1 Цель работы 55
3.2 Литература 55
3.3 Пояснения к работе 55
3.4 Порядок выполнения работы 70
3.4.1 Исследование LR сглаживающего фильтра 70
3.4.1.1 Результаты работы 77
3.4.1.2 Контрольные вопросы 77
3.4.2 Исследование RC сглаживающего фильтра 77
3.4.2.1 Результаты работы 84
3.4.2.2 Контрольные вопросы 84
3.4.3 Исследование LC сглаживающего фильтра 84
3.4.3.1 Результаты работы 91
3.4.3.2 Контрольные вопросы 91
Лабораторная работа № 4. Исследование активных сглаживающих
фильтров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.1 Цель работы 92
4.2 Литература 92
4.3 Пояснения к работе 92
4.4 Модели активных фильтров 95
4.5 Порядок выполнения работы 96
4.5.1 Исследование активного фильтра по схеме ОК 97
4.5.2 Исследование активного фильтра по схеме ОБ 101
4.6 Результаты работы 102
4.7 Контрольные вопросы 102
Лабораторная работа № 5. Исследование параметрического стабилизатора 103
5.1 Цель работы 103
5.2 Литература 103
5.3 Пояснения к работе 103
5.4 Порядок выполнения работы 111
5.5 Результаты работы 115
5.6 Контрольные вопросы 115
Лабораторная работа № 6. Исследование компенсационного
стабилизатора . . . . . . .. . . .. .. . . .. .. . . .. . .. . .. ..116
6.1 Цель работы 116
6.2 Литература 116
6.3 Пояснения к работе 116
6.4 Описание модели компенсационного стабилизатора 125
6.5 Порядок выполнения работы 126
6.6 Результаты работы 130
6.7 Контрольные вопросы 130
Лабораторная работа №7. Исследование импульсного регулятора
напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
7.1 Цель работы 131
7.2 Литература 131
7.3 Пояснения к работе 131
7.4 Порядок выполнения работы 138
7.4.1 Исследование регулятора напряжения понижающего типа 138
7.4.1.1 Результаты работы 144
7.4.1.2 Контрольные вопросы 144
7.4.2 Исследование регулятора напряжения повышающего типа 145
7.4.2.1 Результаты работы 148
7.4.2.2 Контрольные вопросы 148
7.4.3 Исследование регулятора напряжения инвертирующего типа 149
7.4.3.1 Результаты работы 152
7.4.3.2 Контрольные вопросы 152
Лабораторная работа № 8. Исследование корректора коэффициента
мощности. ……………..……………………………153
8.1 Цель работы 153
8.2 Литература 153
8.3 Пояснения к работе 153
8.4 Порядок выполнения работы 164
8.4.1 Исследование корректора коэффициента мощности с входным
выпрямителем . ……………..…………………………… ……………..………………… 164
8.4.1.1 Результаты работы 174
8.4.1.2 Контрольные вопросы 174
8.4.2 Исследование дифференциальной схемы корректора коэффициента
мощности ……………..………………………………..………………… 174
8.4.2.1 Результаты работы 179
8.4.2.2 Контрольные вопросы 180
Лабораторная работа № 9. Исследование инверторов напряжения...………...181
9.1 Цель работы 181
9.2 Литература 181
9.3 Пояснения к работе 181
9.4 Порядок выполнения работы 193
9.4.1 Исследование однотактного инвертора напряжения с обратным
включением диода ……………..………………………………..………………… 193
9.4.1.1 Результаты работы 197
9.4.1.2 Контрольные вопросы 198
9.4.2 Исследование двухтактного инвертора напряжения
со средней точкой трансформатора ……………..………………… 198
9.4.2.1 Результаты работы 205
9.4.2.2 Контрольные вопросы 205
Введение Разработка любого радиоэлектронного устройства сопровождается физическим или математическим моделированием. Физическое моделирование связано с большими материальными затратами, а часто просто невозможно из- за чрезвычайной сложности устройств. В этом случае прибегают к математическому моделированию с использованием средств и методов вычислительной техники. Примером такой моделирующей программы является Electronics Workbench (EWB). Она позволяет создавать на экране монитора принципиальные электрические схемы устройств, подключать контрольно- измерительные приборы, которые по характеристикам и внешнему виду близки к их промышленным аналогам, заносить результаты в текстовый файл. Моделирование начинается щелчком обычного выключателя. Созданная сравнительно недавно пятая версия программы EWB работает под управлением оболочки Windows 7,8 и 10, легко осваивается, удобна в пользовании, занимает на жестком диске около 16 Мбайт, обладает преемственностью, т.е. все схемы, созданные в версиях 3.0 и 4.1. могут быть промоделированы и в пятой версии, обладает совместимостью с программой P-Spice. Особенностью программы EWB является наличие контрольно- измерительных приборов, по внешнему виду, органам управления и характеристикам максимально приближенных к их промышленным аналогам, что способствует приобретению практических навыков работы наиболее распространенными радиоизмерительными приборами: мультиметром, осциллографом, генератором сигналов, генератором слова, логическим пробником, анализатором спектра, измерителем АЧХ и ФЧХ. Пятая версия программы EWB работает с операционной системой Windows 95/98 и другими более поздними версиями, Работа программы осуществляется в виде характерных для Windows окон, управление можно осуществлять с клавиатуры и с помощью мышки, что определяет высокие эргономические качества программы и не требует квалификации программиста у пользователя. В лабораторных работах предлагаются уже составленные, готовые схемы с подключенными контрольно-измерительными приборами. Работа над устройством заключается в изучении, протекающих в нём процессов, их количественном и качественном анализе. Лабораторный цикл по курсу “Электропреобразовательные устройства радиоэлектронных средств” предполагает знание студентами основ компьютерного моделирования и навыков работы с программой EWB. По каждой лабораторной работе оформляется отчет, который должен содержать: титульный лист; цель работы; cхему устройства; таблицы измерений и расчёты с формулами и подставленными численными данными; графические результаты (осциллограммы, АЧХ, ФЧХ, графики и др. с указанием осей и масштабов); выводы по работе.
Лабораторная работа № 1
Исследование способов включения трехфазных трансформаторов
1.1 Цель работы
Изучение особенностей трехфазных трансформаторов при соединении
обмоток звездой, треугольником и зигзагом.
1.2 Литература
1 Cажнев, А. М. Электропреобразовательные устройства радиоэлектронных
средств: учебное пособие для вузов / А. М. Сажнев, Л. Г. Рогулина. 2-е
изд., испр. и доп. Москва: Издательство Юрайт, 2020. 204 с. (Высшее
образование). ISBN 978-5-534-11859-9. Текст : электронный// ЭБС
Юрайт [сайт]. URL: https://urait.ru/bcode/446283.
2 Быстрицкий, Г. Ф. Электроснабжение. Силовые трансформаторы : учебное
пособие для среднего профессионального образования / Г. Ф. Быстрицкий,
Б. И. Кудрин. 2-е изд., испр. и доп. Москва: Издательство Юрайт, 2020.
201 с. (Профессиональное образование). ISBN 978-5-534-10311-3.
Текст: электронный// ЭБС Юрайт [сайт]. URL: https://urait.ru/bcode/456550 .
3 Игнатович, В. М. Электрические машины и трансформаторы: учебное
пособие для среднего профессионального образования / В. М. Игнатович,
Ш. С. Ройз. 6-е изд., испр. и доп. Москва : Издательство Юрайт, 2020.
181 с. (Профессиональное образование). ISBN 978-5-534-00798-5.
Текст: электронный// ЭБС Юрайт [сайт]. URL: https://urait.ru/bcode/452258 .
1.3 Пояснения к работе
Трёхфазные системы были разработаны русским электриком М.О.
Доливо-Добровольским (1862 – 1919 гг.).
Они широко распространены в энергетике и представляют собой симметричную трёхфазную систему напряжений промышленной частоты, сдвинутых между собой на электрический угол 1200. Схематическое изображение источников трёхфазных напряжений (генераторов) показано на рисунке 1.1, где начала фаз обозначены латинскими буквами ABC, а концы фаз буквами XYZ (или условно можно обозначить точками вместо букв). Рисунок 1.1 – Схематическое изображение источников трёхфазных напряжений Трёхпроводные системы используются для передачи электрической энергии на большие расстояния от первичных источников энергии по высоковольтным линиям (рис. 1.2), четырехпроводная - на трансформаторных подстанциях и далее (рис. 1.3). Рисунок 1.2 – Пример трёхпроводной системы
Рисунок 1.3 – Пример подключения четырёхпроводной системы
На рисунке 1.4 показаны временное и векторное представления
трёхфазной системы напряжений.
Рисунок 1.4 – Временное (а) и векторное (б) представление трёхфазной
системы напряжений
На этом рисунке Т – период, Е – фазная ЭДС. Мгновенные значения
фазных ЭДС соответственно равны
sin
a
m
е
Е
t
2
sin
(
)
sin(
)
3
3
в
m
m
T
е
Е
t
Е
t
(1.1)
2
4
sin
(
)
sin(
)
3
3
с
m
m
Т
е
Е
t
Е
t
Это симметричная трёхфазная система, в которой в любой момент
времени выполняется равенство
0
а
в
с
е
е
е
(1.2)
Чередование фаз принято условно положительным по часовой стрелке.
Существуют три основные схемы соединения в трёхфазных цепях: звезда,
треугольник и зигзаг ( ,
)
Y
и Z
, но наиболее широко известны первые две –
звезда и треугольник (говорят соединение в звезду или в треугольник).
Рассмотрим их. На рисунке 1.5 приведена схема соединения источника и
нагрузки звездой.
Рисунок 1.5 – Схема соединения источника и нагрузки звездой
На этом рисунке
,
,
A
B
C
U
U
U – фазные напряжения. Проводники, идущие от
начал фазных обмоток к нагрузке называют линейными проводами (линия).
Соответственно
напряжения
между
проводами
называют
линейными
(например, UAC и UCA). Очевидно, что здесь линейный ток равен фазному, а
линейное напряжение превышает фазное в корень из трёх раз, поскольку
линейное напряжение равно геометрической разности фазных напряжений (см.
рис. 1.4 ).
3
(
)
Л
ф
Л
ф
AC
CA
I
I
U
U
U
U
по модулю
(1.3)
На рисунке 1.6 приведена схема соединения источника и нагрузки
треугольником.
Рисунок 1.6 – Схема соединения источника и нагрузки треугольником
При таком соединении линейные напряжения равны фазным, а линейные
токи превышают фазные в корень из трёх раз, поскольку они складываются из
фазных.
3
;
.
Л
ф
Л
ф
I
I
U
U
(1.4)
Мощность в трёхфазной цепи не зависит от схемы соединения и
складывается из мощностей отдельных фаз.
Активная мощность:
3
А
В
С
ф
Р
Р
Р
Р
Р
(1.5)
Реактивная мощность:
ф
3
А
В
С
Q
Q
Q
Q
Q
(1.6)
Полная мощность:
2
2
3
ф
ф
S
P
Q
U
I
(1.7)
Можно перейти к линейным токам и напряжениям.
Так, при соединении звездой получаем:
3
3
3
3
Л
ф
ф
Л
Л
Л
U
S
U
I
I
U
I
(1.8)
При соединении треугольником:
3
3
3
3
Л
ф
ф
Л
Л
Л
I
S
U
I
U
U
I
(1.9)
То есть, действительно не зависит от схемы соединения.
Трансформацию трёхфазного напряжения можно осуществлять двумя
способами: тремя отдельными однофазными трансформаторами, как показано
на рисунке 1.7 а. (так называемый, групповой трансформатор) или одним
трёхфазным трансформатором с общей магнитной системой (рис. 1.7 б).
Рисунок 1.7 – Условное обозначение группового (а) и трёхфазного (б)
трансформаторов при включении обмотое звезда-звезда
Первичные обмотки трансформатора называются обмотками высшего напряжения (ВН) и обозначаются заглавными буквами, а вторичные обмотки называются обмотками низшего напряжения (НН) и обозначаются малыми буквами. Первичные и вторичные обмотки соединяются любым способом. Соединение в зигзаг применяют, чтобы неравномерную нагрузку вторичных обмоток распределить между фазами первичной сети и для получения требуемых фазовых сдвигов в многопульсных схемах выпрямления. На рисунке 1.8 показано соединение обмоток звезда – зигзаг и векторная диаграмма напряжений. Видно, что между напряжениями первичной и вторичной обмоток в одноимённых фазах появился фазовый сдвиг , который можно изменять соотношением витков в частях вторичной обмотки. Если вторичная обмотка разделена на две равные части, то угол o =30 . Рисунок 1.8 – Трёхфазный трансформатор при включении звезда-зигзаг Трёхфазная система напряжений является симметричной, значит и магнитная система трёхфазного трансформатора должна быть симметричной, как показано на рисунке 1.9 а. Изготовить такую магнитную систему очень сложно. Пошли по другому пути. Учитывая, что в трехфазной системе 0 a b c e e e , то и сумма магнитных потоков в центральном стержне 0 А В С Ф Ф Ф . Необходимость в центральном стержне отпадает и, если сократить ярмо фазы В, то получится плоская, широко известная трёхфазная магнитная система (рис. 1.9 б). Плоская конструкция магнитной системы высоко технологична и удобна при компоновке (размещению трансформаторов), но она в принципе является несимметричной. Вследствие различия магнитных сопротивлений для разных фаз, намагничивающие токи крайних фаз А и С больше тока средней фазы В. Это приводит к нарушению фазовых углов (они отличаются от 120 градусов).
Для уменьшения магнитной асимметрии сечение верхнего и нижнего ярма делают на 10…15% больше чем стержня. Но асимметрия всё равно остаётся. а) б) Рисунок 1.9 – Магнитная система трёхфазного трансформатора: а) симметричная, б) несимметричная
Доступ онлайн
350 ₽
В корзину