Моделирование силовой части

Целью моделирования является построение нагрузочных характеристик преобразователя с учетом обратной связи, подтверждения правильного выбора цепей обратной связи, корректирующего звенах[11]. Моделирование проводится в специализированном пакете OrCAD 9.2, модель представлена на рисунке 3.4

Количество каналов НПН преобразователей не влияет на нагрузочную характеристику источника питания, поэтому с целью ускорения расчетов модели моделирование проводилось с учетом одного канала. Уменьшение коэффициента пульсаций до уровня с двумя НПН преобразователями было за счет выходной индуктивности. Для ускорения расчета модели преобразователя некоторые элементы заменены их идеальными эквивалентами. Диод и транзистор выполнены на идеальных ключах S1 и S2, имеющие параметры:

- напряжение открытого состояния ключа 1 В;

- напряжение закрытого состояния ключа 0 В;

- сопротивление открытого состояния ключа 0.001 Ом;

- сопротивление закрытого состояния ключа 1 МОм.

В качестве нагрузки используется резистор R1, резистор R4 используется в качестве токового шунта и рассчитывается по формуле:

Задания входного напряжения нужной формы и амплитуды был использован источник синусоидального напряжения V1 с параметрами: Амплитудное значение 70 В и частота 50 Гц, последовательно соединенный с математическим элементом ABS, представляющий из себя математический операционный модуль, на выходе которого мы получали выпрямленное напряжение с частотой 100 Гц и средним значением 50 В. Система управления представляет собой формирователь импульсов, генератор линейно-изменяющегося напряжения, источник опорного напряжения, сумматоры и ПИД регулятор. Генератор линейно-изменяющегося напряжения V2 имеет параметры:

- напряжение нижнего уровня V0 – 0 В;

- напряжение высокого уровня V1 – 2.5 В;

- время задержки TD – 0 c;

- время нарастания фронта TR – 24.9 мкс;

- время спада фронта TF – 0.1 мкс;

- длительность импульса PW – 0 c;

- длительность периода PER – 25 мкс.

Источник опорного напряжения представлен источником постоянного напряжения V3 и значением 2.5 В. В ПИД регуляторе числитель задает усиление, а знаменатель представлен в виде интегрирующего звена.

Моделирование проводится путем изменения нагрузки от холостого хода до короткого замыкания, при этом учитывается сопротивление токового шунта и снятия показаний выходного тока с шунтирующего резистора. Значения снятые с шунтирующего резистора подставлялись в формулы 3.23 и 3.24 для определения среднего значения тока и напряжения.

                                                                 (3.25)

                                                 (3.26)

В таблице 3.2 приведены результаты расчетов для построения нагрузочных характеристик, где R_n диапазон изменения сопротивления нагрузки, I_sr среднее значение тока, U_sr среднее значение напряжения.

Таблица 3.2 - Результаты расчетов

После полученных результатов были построены графически нагрузочные прямые и представлены на рисунке 3.5.

По полученным нагрузочным характеристикам можно увидеть, что разрабатываемый преобразователь является источником тока в диапазоне требуемого изменения выходного напряжения удовлетворяет требованиям технического задания.

Так же нужно отметить, что форма выходного тока при разных относительных длительностях импульса управления не изменяется, а только меняет свою амплитуду. Это хорошо видно на рисунке 3.6.

При построении диаграмм сопротивление нагрузки оставалось неизменным. Пульсации возрастают при уменьшении относительной длительности импульса, и максимальные пульсации будут при относительной длительности импульса равной 0.5.