Состав библиотеки и основные особенности

Состав библиотеки

Библиотека SimPowerSystems имеет семь основных разделов:

  • Electrical Sources — источники электрической энергии
  • Connectors — соединители
  • Measurements — измерительные и контрольные устройства;
  • Elements — электротехнические элементы
  • Power Electronics — устройства силовой электроники
  • Machines — электрические машины
  • Powerlib Extras — дополнительные электротехнические устройства

Используя блоки из этих разделов, пользователь в состоянии за короткое время создать полноценную модель достаточно сложной электротехнической системы.

Основные особенности

Методика создания SPS-модели ни чем не отличается от методики создания модели на основе базовой библиотеки Simulink. Так же как и для обычной Simulink-модели (S-модели), необходимо выполнить расстановку блоков на схеме, задать их параметры, соединить блоки и установить параметры расчета модели в целом. Для SPS-моделей доступен ускоренный режим расчета и все возможности Simulink, включая набор инструментов Simulink Performance Tools, линейный анализ, отладчик и т.д. Однако SPS-модели имеют и некоторые особенности:

1. Входы и выходы SPS-блоков, в отличие от блоков Simulink, не показывают направление передачи сигнала, поскольку фактически являются эквивалентами электрических контактов. Таким образом, электрический ток может через вход или выход блока протекать в двух направлениях: как вовнутрь блока, так и наружу.

2. Соединительные линии между блоками являются, по сути, электрическими проводами, по которым ток может протекать также в двух направлениях. В Simulink-моделях же информационный сигнал распространяется только в одном направлении — от выхода одного блока к входу другого.

3. Simulink-блоки и SimPowerSystems-блоки не могут быть непосредственно соединены друг с другом. Сигнал от S-блока можно передать к SPS-блоку через управляемые источники тока или напряжения, а наоборот — с помощью измерителей тока или напряжения.

4. Несколько линий связи (проводов) могут быть соединены между собой. Для выполнения такого соединения должны использоваться специальные блоки — Connectors (соединители).

5. При расчете схемы содержащей нелинейные блоки следует использовать методы:

  • ode15s — многошаговый метод переменного порядка (от 1 до 5), использующий формулы численного дифференцирования,
  • ode23tb — неявный метод Рунге-Кутта в начале решения и метод, использующий формулы обратного дифференцирования 2-го порядка в последующем,

которые дают наилучшие результаты по быстродействию

Пример:

На рис. 1.1 приведена модель трехфазного мостового тиристорного преобразователя работающего на активно-индуктивную нагрузку и противо-ЭДС.

Состав библиотеки и основные особенности
Рис. 1.1

В модели преобразователя использованы как блоки библиотеки SimPowerSystems (источники переменного напряжения, тиристорный мост, система управления, RLC-цепи, измерители тока и напряжения), так и блоки основной библиотеки Simulink (осциллограф, блок ступенчатого сигнала, сумматоры и т.д.). Вычисление мгновенной мощности в нагрузке выполняется путем перемножения сигналов пропорциональных току и напряжению нагрузки, которые формируются с помощью соответствующих измерителей.

На схеме модели показаны изображения резистора и катушки индуктивности в соответствии со стандартом принятым в России. Если не предпринимать специальных мер, то изображения этих элементов будут выглядеть в соответствии со стандартом США. Каким образом можно изменить пиктограммы элементов, описано в разделе советов пользователям.

На рис. 1.2 показаны осциллограммы токов, напряжений и мощности в различных участках схемы. На рисунке хорошо видно, что при переходе преобразователя в инверторный режим мощность в нагрузке меняет знак, хотя направление тока остается прежним.

Состав библиотеки и основные особенности
Рис. 1.2

Скачать пример (converter_6_pulse.zip)

Единицы измерения электрических и неэлектрических величин

При указании параметров элементов могут использоваться абсолютные и относительные единицы. Система абсолютных единиц приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Параметр Обозначение Единицы измерения
Time (время) second s(с)
Length (расстояние) meter m(м)
Mass (масса) kilogram kg (кг)
Energy (энергия) joule J (Дж)
Current (ток) ampere A (А)
Voltage (напряжение) volt V (В)
Active power (активная мощность ) watt W (Вт)
Apparent power (полная мощность) volt-ampere VA (ВА)
Reactive power (реактивная мощность) var var (ВАр)
Impedance (полное сопротивление) ohm Ohm (Ом)
Resistance (сопротивление) ohm Ohm (Ом)
Inductance (индуктивность) henry H (Гн)
Capacitance (емкость) farad F (Ф)
Flux linkage (потокосцепление) volt-second V*s(B*c)
Rotation speed (угловая скорость) radians per second rad/s (рад/с)
revolutions per minute rpm (Об/мин)
Torque (момент) newton-meter N*m(Н*м)
Inertia (момент инерции) kilogram-meter2 kg*m2(кг*м2)
Friction factor (коэффициент трения) newton-meter-second N*m*s(Н*м*с)

В некоторых моделях для задания параметров используются также и относительные единицы (p.u., о.е.). Общая формула для перехода к относительным единицам имеет вид:

Состав библиотеки и основные особенности

,

где Y — значение физической величины (параметра, переменной и т.п.) в исходной системе единиц, например, в системе единиц СИ,

Yб — базисное (базовое) значение физической величины, выраженное в той же системе единиц и принятое в качестве единицы измерения величины Y в системе относительных единиц.

Основными базисными единицами электрических величин, при для разработки моделей в SimPowerSystem выбраны две независимые величины:

  • Pб — базисная мощность, равная номинальной активной мощности устройства (Pн),
  • Uб — базисное напряжение, равное номинальному действующему значению напряжения питания устройства (Uн).

Все остальные электрические базисные единицы определяются через эти две единицы. Например, базисный электрический ток:

Состав библиотеки и основные особенности

,

базисное сопротивление:

Состав библиотеки и основные особенности

.

Для цепей переменного тока должна задаваться базисная частота

Состав библиотеки и основные особенности

, равная, как правило, номинальной частоте питающего напряжения

Состав библиотеки и основные особенности

.

Для трансформатора, имеющего несколько обмоток, одна и та же мощность (номинальная мощность трансформатора) будет использоваться для всех обмоток. Однако, в соответствии приведенными выше выражениями, каждая обмотка может иметь разные базисные напряжение, ток и сопротивление.

Для асинхронной электрической машины дополнительно задаются:

Состав библиотеки и основные особенности

— базисная угловая скорость,

Состав библиотеки и основные особенности

— базисный момент.

Вместо момента инерции, при задании параметров машины в относительных единицах, используется инерционная постоянная:

Состав библиотеки и основные особенности

,

где J — момент инерции,

Состав библиотеки и основные особенности

— угловая скорость вращения магнитного поля.

Инерционная постоянная выражается в секундах. Величина инерционной постоянной показывает, какое время вал электрической машины будет вращаться под действием запасенной кинетической энергии во вращающихся частях машины при номинальной нагрузке. Для машин большой мощности значение этой постоянной лежит в пределах 3 — 5 с. Для машин малой мощности эта величина меньше: 0.5 — 0.7 с.

Пример 1:

Параметры трехфазного двухобмоточного трансформатора имеют следующие значения (таблица 1.2):

Таблица 1.2

Параметр Обозначение Значение Единицы измерения
Число фаз m
Nominal power (номинальная мощность) кВА
Nominal frequency (номинальная частота сети) Состав библиотеки и основные особенности Гц
Первичная обмотка:
Схема соединения звезда
Nominal voltage (номинальное напряжение) U1н кВ
Line-to-line resistance (межфазное сопротивление) R1* 0.01 о.е.
Leakage reactance (Индуктивность рассеяния) L1* 0.02 о.е.
Вторичная обмотка:
Схема соединения треугольник
Nominal voltage (номинальное напряжение) U2н В
Line-to-line resistance (межфазное сопротивление) R2* 0.01 о.е.
Leakage reactance (Индуктивность рассеяния) L2* 0.02 о.е.
Magnetizing losses at nominal voltage in % of nominal current (потери на намагничивание при номинальном напряжении в % от номинального тока):
Resistive (активные) Состав библиотеки и основные особенности

I10a

%
Inductive (реактивные) Состав библиотеки и основные особенности

I10p

%

Выражения для определения базисных единиц и их значения приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Параметр Расчетное выражение Значение Единицы измерения
Frequency (частота) Состав библиотеки и основные особенности Гц
Первичная обмотка:
Power (Мощность) Состав библиотеки и основные особенности 100*103 ВА
Voltage (Напряжение) Состав библиотеки и основные особенности B
Current (ток) Состав библиотеки и основные особенности 6.928 А
Impedance (полное сопротивление) Состав библиотеки и основные особенности Ом
Resistance (активное сопротивление) Состав библиотеки и основные особенности Ом
Inductance (Индуктивность) Состав библиотеки и основные особенности 5.525 Гн
Вторичная обмотка:
Power (Мощность) Состав библиотеки и основные особенности 100*103 ВА
Voltage (Напряжение) Состав библиотеки и основные особенности B
Current (ток) Состав библиотеки и основные особенности 166.7 А
Impedance (полное сопротивление) Состав библиотеки и основные особенности 3.60 Ом
Resistance (активное сопротивление) Состав библиотеки и основные особенности 3.60 Ом
Inductance (Индуктивность) Состав библиотеки и основные особенности 0.009549 Гн

Значения параметров обмоток в абсолютных единицах могут быть определены следующим образом:

  • Первичная обмотка:

Состав библиотеки и основные особенности

Состав библиотеки и основные особенности

  • Вторичная обмотка:

Состав библиотеки и основные особенности

Состав библиотеки и основные особенности

Для цепи намагничивания значение активных потерь равное 1% и значение реактивных потерь равное 1% означает, что активное сопротивление цепи намагничивания равно 100 о.е. и реактивное сопротивление цепи намагничивания равно 100 о.е. Следовательно, абсолютные значения параметров цепи намагничивания равны:

Состав библиотеки и основные особенности

,

Состав библиотеки и основные особенности

.

Такие разные библиотеки

Похожие статьи:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector