Одномашинная энергосистема с питанием от инвертора

В данном уроке приведено описание простых шагов по моделированию инвертора в одномашинной энергосистеме.

В данном уроке рассматривается задача, в которой осуществляется моделирование инвертора в однофазной энергосистеме. Данный энергорайон включает в себя источник постоянного напряжения, однофазный мостовой преобразователь (инвертор), систему управления инвертором и нагрузку. В результате расчета требуется определить действующее значение напряжения однофазной сети.

1.  Создание и настройка проекта

Для начала требуется создать новый проект и присвоить ему название, например, Одномашинная энергосистема с питанием от инвертора.

На следующем шаге нужно произвести следующие настройки (см. рис. 1 ниже):

Настройка	Значение
1.Синхронизация с реальным временем	выкл
2. Время моделирования	0.3 [с]
3. Шаг интегрирования	0.05 [мс]
4. Шаг дискретизации	0.05 [мс]

Рис. 1 Настройка проекта

Примечание

Отключаем параметр, чтобы была возможность устанавливать время моделирования < 1[с]

Важно

В REPEAT VISION десятичные числа задаются через точку.

Приступим к выполнению основных шагов по созданию цепи, открыв библиотеку Электроника.

2.  Создание источника постоянного напряжения

Добавим блок №1 нашей цепи, для этого перенесем на рабочую область блок Источник напряжения для питания данного энергорайона.

В свойствах блока №1 укажем (см. рис. 2 ниже):

Свойство	Значение
1. Напряжение	400 [В]
2. Внутреннее сопротивление	0.1 [Ом]

Рис. 2 Свойства блока №1

3.  Создание инвертора

Для моделирования инвертора, который предназначен для преобразования постоянного тока (DC) в переменный (AC), переносим блок №2 Однофазный мостовой преобразователь на рабочую область.

Примечание

Свойства блока оставляем без изменения.

Размещаем и соединяем блок №2 в соответствии с рис. 3:

Рис. 3 Подключение блока №2 в схему

Подсказка

Для того, чтобы улучшить читаемость схемы путём изменения положения и формы соединения блоков, воспользуйтесь Функцией изменения положения соединения и его формы.

4.  Добавление резистора

Для моделирования активного сопротивления нагрузки перенесём на рабочую область блок №3 Резистор.

Зададим у блока №3 значение свойства Сопротивление - 1 [Ом], размещаем и соединяем блок №3 в соответствии с рис. 4:

Рис. 4 Свойство блока №3 и его подключение в схему

5.  Добавление катушки индуктивности

Для моделирования реактивного сопротивления нагрузки перенесём на рабочую область блок №4 Катушка индуктивности. Укажем для него значение свойства Индуктивность - 0.05 [Гн], а затем размещаем и соединяем блок в соответствии с рис. 5:

Рис. 5 Свойства блока №4 и его подключение в схему

6.  Добавление узла

Для возможности подключения порта 2 блока №2 Однофазный мостовой преобразователь к порту - блока №4 Катушка индуктивности добавим блок №5 Узел, для этого необходимо перенести одноимённый блок №5 на рабочую поверхность и указать значение свойства Количество входных портов - 2, а затем расположить и соединить блок №5 в соответствии с Рис. 6:

Рис. 6 Свойства блока №5 и его подключение в схему

7.  Добавление системы управления инвертором

Для управления блоком №2 Однофазный мостовой преобразователь необходимо на его управляющий порт подавать импульсы для коммутации элементов преобразователя, для чего вынесем на рабочую область блок №6 Двухуровневый ШИМ генератор, зададим следующие свойства, а затем расположим и соединим блок №6 в соответствии с рис. 7 ниже.

Свойство	Значение
1. Тип мостового преобразователя	2 плеча
2. Коэффициент модуляции	0.5
3. Сдвиг несущего сигнала	0 [с]

Примечание

Остальные свойства блока №6 оставляем без изменения

Рис. 7 Свойства блока №6 и его подключение в схему

8.  Добавление датчиков

Для отображения сигналов тока и напряжения нагрузки добавим на рабочую область блоки №7-9 Датчик. Укажем следующие значения свойств для всех трёх блоков Датчик (см. рис. 8 ниже):

блок №7

1. Блок - Резистор;

2. Параметр - Ток, А.

блок №8

1. Блок - Резистор;

2. Параметр - Напряжение, В.

блок №9

1. Блок - Катушка индуктивности;

2. Параметр - Напряжение, В.

Рис. 8 Свойства блоков №7-9

Размещаем блоки №7-9 в соответствии с рис. 9:

Рис. 9 Подключение датчиков

9.  Добавление сумматора

Чтобы найти суммарное значение напряжения при последовательном соединении нагрузки добавим на рабочую область блок №10 Сумматор.

Примечание

Свойства блока оставляем без изменений.

Размещаем и соединяем блок №10 в соответствии с рис. 10:

Рис. 10 Подключение блока №10

10.  Добавление среднеквадратичного значения

Для определения действующего значения напряжения в цепи нагрузки добавим на рабочую область блок №11 Среднеквадратичное значение, зададим следующие свойства, а затем расположим и соединим блок №11 в соответствии с рис. 11.

Свойство	Значение
1. Начальное значение	220
2. Базовая частота	50 [Гц]

Примечание

Остальные свойства оставляем без изменения.

Рис. 11 Свойства блока №11 и его подключение в схему

11.  Добавляем графики для визуализации

1. Переходим во вкладку Визуализация (см. рис. 12 ниже);

2. Добавляем три графика, трижды нажав на кнопку Добавить, расположенную в правом нижнем углу.

Рис. 12 Визуализация

Затем необходимо выполнить по два шага для добавления каждого графика (см. рис. 13 ниже):

1. Добавляем один график для отображения данных блока №7;

2. Добавим второй график для отображения данных блока №10;

3. Добавим третий график для отображения данных блока №11.

Рис. 13 Добавление графиков

Запустите расчёт кнопкой «Запустить моделирование»

Расчёт должен успешно завершиться следующим сообщением:

Расчет остановлен со стороны решателя. Достигнут лимит модельного времени.

На созданных ранее графиках теперь должны отобразиться результаты расчётов, которые приведены рис. 14, рис. 15, рис. 16:

Рис. 14 График 1

Рис. 15 График 2

Рис. 16 График 3

12.  Анализ результатов расчёта

Результаты моделирования соответствуют теоретическим зависимостям, поскольку ток в цепи после преобразователя синусоидальный, вид кривой напряжения также повторяет синусоиду с учётом широтно-импульсной модуляции. Действующее значение напряжения в цепи нагрузки приблизительно равно 226 [В], поскольку в блоке №6 Двухуровневый ШИМ генератор задан коэффициент модуляции 0.5, уменьшающий входное напряжение инвертора.

13.  Выводы

В результате выполнения данного урока вы получили базовые знания для моделирования однофазной сети с инвертором.

Вы научились:

• задавать параметры блоков Источник напряжения; Однофазный мостовой преобразователь; Резистор; Катушка индуктивности; Двухуровневый ШИМ генератор; Среднеквадратичное значение;

• использовать блок Датчик для отображения сигналов блоков;

• использовать блок Среднеквадратичное значение для нахождения действующего значения синусоидального сигнала.