Politechnika ódzka
Wydzia Elektrotechniki, Elektroniki,
Informatyki i Automatyki
Instytut Elektroenergetyki
Zespó Trakcji Elektrycznej
WICZENIE Z3
SYMULACJA PRACY UKADÓW PROSTOWNIKOWYCH
Cel wiczenia: Zapoznanie si z prac wielofazowych ukadów prostownikowych poprzez symulacj ich pracy za pomoc pakietu SPICE.
1.Uwagi wstpne
Trakcyjny zespó prostownikowy skada si z transformatora prostownikowego i ukadu prostowniczych diod krzemowych. W wiczeniu zamodelowane zostan i przebadane róne ukady prostownikowe, przy czym w opisach modeli wystpowa bdzie tylko strona wtórna transformatora, której parametry uwzgldniaj indukcyjno rozproszenia i rezystancj uzwoje strony pierwotnej. Pliki wejciowe dla ukadów prostownikowych jednokierunkowych znajduj si na doczonej do niniejszej instrukcji dyskietce a ich wydruk wraz ze schematami obwodów zamieszczono w dalszej czci instrukcji. Dla ukadu mostkowego w instrukcji zamieszczono jedynie schemat obwodu, za opracowanie pliku wejciowego dla tego ukadu, zgodnego z zamieszczonym schematem, stanowi zadanie dla studentów wykonujcych wiczenie.
Wicej informacji o ukadach prostownikowych, których praca symulowana jest w niniejszym wiczeniu, znajduje si w instrukcji do wiczenia "Badanie ukadów prostownikowych"
2. Wykonanie wiczenia
2.1. Symulacja ukadu szeciofazowego gwiazdowego
Ukad gwiazdowy jest najprostszym ukadem szeciofazowym. Jest to ukad jednokierunkowy, tzn. e prdy we wszystkich szeciu uzwojeniach wtórnych pyn tylko w jednym kierunku. Trójfazowe uzwojenie pierwotne moe by poczone w gwiazd lub w trójkt. Gdy transformator jest obciony, w jego uzwojeniu wtórnym powstaje trzecia harmoniczna prdu, która wywouje w rdzeniu strumie trzeciej harmonicznej. Ta skadowa strumienia indukuje z kolei SEM trzeciej harmonicznej w uzwojeniach pierwotnych. Jeeli uzwojenia te poczone s w trójkt, powodowane przez t SEM prdy wywouj wasny strumie trzeciej harmonicznej który znosi si ze strumieniem trzeciej harmonicznej wytwarzanym przez uzwojenia wtórne. Przy poczeniu uzwoje pierwotnych w gwiazd, prdy trzeciej harmonicznej nie mog si zamkn w uzwojeniach pierwotnych , w zwizku z czym strumienie trzeciej harmonicznej nie s kompensowane i zamykaj si jako strumienie jarzmowe, co niekorzystnie wpywa na prac transformatora.
Kolejne ograniczenie w stosowaniu ukadu stanowi dua warto napicia wstecznego wystpujcego na diodach prostownikowych.
Ze wzgldu na to, e uzwojenia wtórne przewodz prd jedynie przez 1/6 okresu a pierwotne przez 1/3, wspóczynnik ksztatu przebiegów prdów jest duy a tym samym wykorzystanie miedzi uzwoje jest niewielkie, co stanowi kolejn wad omawianego ukadu.
Poniej zamieszczono schemat oraz plik wejciowy dla pakietu SPIC -a badanego ukadu.
Rys.1. Schemat zastpczy ukadu szeciofazowego gwiazdowego
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
GWIAZDOWY 6-FAZ.
V1 0 1 SIN 0 100 50 0 0
V2 0 2 SIN 0 100 50 3.333M 0
V3 0 3 SIN 0 100 50 6.666M 0
V4 0 4 SIN 0 100 50 10M 0
V5 0 5 SIN 0 100 50 13.333M 0
V6 0 6 SIN 0 100 50 16.666M 0
L1 1 7 0.1M
L2 2 8 0.1M
L3 3 9 0.1M
L4 4 10 0.1M
L5 5 11 0.1M
L6 6 12 0.1M
R1 7 13 0.1
R2 8 14 0.1
R3 9 15 0.1
R4 10 16 0.1
R5 11 17 0.1
R6 12 18 0.1
D1 13 19 DIO
D2 14 19 DIO
D3 15 19 DIO
D4 16 19 DIO
D5 17 19 DIO
D6 18 19 DIO
ROB 20 0 10
LOB 19 20 0.01
.OPTIONS RELTOL=0.0003 ITL4=80
.MODEL DIO D
.TRAN 0.1M 0.12 0.06 0.05M
.PROBE
.END
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Zadaniem studentów jest przeprowadzenie kilku symulacji dla rónych parametrów obwodu tak, aby na ich podstawie mona byo oceni wpyw tych parametrów na przebiegi napi i prdów w obwodzie. Zwróci naley szczególn uwag na przebieg prdu w uzwojeniu pierwotnym (bdcym sum odpowiednich prdów uzwoje strony wtórnej), pod ktem zawartoci trzeciej harmonicznej. Znale zaleno midzy wartoci redni napicia wyprostowanego a napiciem fazowym. Okreli maksymaln warto napicia wstecznego na diodach prostownikowych. Zbada wpyw wartoci prdu obcienia na kt komutacji.
2.2. Symulacja ukadu szeciofazowego widowego.
Ukad widowy jest równie ukadem jednokierunkowym. Posiada dziewi uzwoje po stronie wtórnej transformatora. Kada z diod przewodzi prd przez 1/6 okresu. Trzy uzwojenia wtórne (tworzce wewntrzn gwiazd) przewodz po 1/3 okresu, dziki czemu wykorzystanie miedzi uzwoje jest nieco lepsze ni w ukadzie poprzednim. Zalet ukadu widowego jest cakowita równowaga magnetyczna. Suma poszczególnych prdów fazowych uzwojenia pierwotnego jest w kadej chwili równa zeru. Bez obawy wywoania strumienia rozproszenia uzwojenie pierwotne moe by czone w gwiazd lub trójkt.
Napicie wsteczne na diodach osiga takie same wartoci jak w ukadzie gwiazdowym.
Schemat obwodu i plik wejciowy s nastpujce:
Rys. 2. Schemat zastpczy ukadu widowego
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
WIDLOWY
V1 0 1 SIN 0 100 50 0 0
V2 0 2 SIN 0 100 50 6.666M 0
V3 0 3 SIN 0 100 50 13.333M 0
L1 1 4 0.1M
L2 2 5 0.1M
L3 3 6 0.1M
V4 4 7 SIN 0 100 50 16.666M 0
V5 4 8 SIN 0 100 50 3.333M 0
V6 5 9 SIN 0 100 50 3.333M 0
V7 5 10 SIN 0 100 50 10M 0
V8 6 11 SIN 0 100 50 10M 0
V9 6 12 SIN 0 100 50 16.666M 0
L4 7 13 0.1M
L5 8 14 0.1M
L6 9 15 0.1M
L7 10 16 0.1M
L8 11 17 0.1M
L9 12 18 0.1M
D1 13 19 DIO
D2 14 19 DIO
D3 15 19 DIO
D4 16 19 DIO
D5 17 19 DIO
D6 18 19 DIO
ROB 20 0 10
LOB 19 20 0.01
.MODEL DIO D
.TRAN 0.1M 0.12 0.06
.OPTIONS RELTOL=0.0003 ITL4=10
.PROBE
.END
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Przeprowadzi symulacj w kilku wariantach, podobnie jak w poprzednim punkcie.
2.3. Symulacja ukadu z dawikiem wyrównawczym.
Ukad ten stanowi równolege poczenie dwóch ukadów gwiazdowych trójfazowych przesunitych wzgldem siebie o 180 stopni el. Punkty zerowe obu gwiazd poczone s przez poprzez dawik. W stanie jaowym i przy bardzo maych obcieniach (poniej prdu krytycznego) ukad pracuje tak jak ukad szeciofazowy gwiazdowy, czyli komutuj wtedy na przemian diody obydwu gwiazd.
Przy prdzie obcienia wikszym od krytycznego (gdy prd w adnej z poówek dawika nie maleje do zera) komutacja zachodzi oddzielnie w obydwu gwiazdach. Zalet tego ukadu w porównaniu do poprzednich jest to, e w kadej chwili pracuj dwie fazy - po jednej w kadej gwiedzie. Dziki temu kade z uzwoje wtórnych przewodzi przez 1/3 okresu co poprawia wspóczynnik ksztatu i pozwala na lepsze wykorzystanie miedzi uzwoje. Wad ukadu stanowi natomiast podskok napicia wyprostowanego wystpujcy przy odcieniu zespou prostownikowego poniej prdu krytycznego, gdy ukad pracuje jako szeciofazowy gwiazdowy.
Schemat i plik wejciowy s nastpujce:
Rys.3. Schemat zastpczy ukadu z dawikiem wyrównawczym
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DL. WYROWN.
V1 1 3 SIN 0 100 50 0 0
V2 1 5 SIN 0 100 50 6.666M 0
V3 1 7 SIN 0 100 50 13.333M 0
V4 2 4 SIN 0 100 50 3.333M 0
V5 2 6 SIN 0 100 50 10M 0
V6 2 8 SIN 0 100 50 16.666M 0
RD1 1 101 1
RD2 2 102 1
L1 3 9 0.1M
L2 5 11 0.1M
L3 7 13 0.1M
L4 4 10 0.1M
L5 6 12 0.1M
L6 8 14 0.1M
D1 9 15 DIO
D2 11 15 DIO
D3 13 15 DIO
D4 10 15 DIO
D5 12 15 DIO
D6 14 15 DIO
ROB 15 16 10
L0B 16 0 0.1M
*DLAWIK WYROWNAWCZY
L10 101 0 40M
L20 0 102 40M
.OPTIONS RELTOL=0.0003 ITL4=10
.MODEL DIO D
.TRAN 0.005M 0.12 0.06
.PROBE
.END
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Przeprowadzi badania jak w punktach poprzednich. Zbada wpyw indukcyjnoci dawika wyrównawczego na warto prdu krytycznego, przy którym wystpuje podskok wartoci napicia wyprostowanego.
2.4. Symulacja ukadu trójfazowego mostkowego
Rys.4. Schemat zastpczy ukadu mostkowego
Dla powyszego schematu opracowa plik wyjciowy dla pakietu SPICE a nastpnie przeprowadzi symulacje dla rónych parametrów obwodu.
2.5. Symulacja pracy 12-pulsowego zespou prostownikowego
Opisujc schemat naley przyj parametry transformatora TOCRp 7000/115 zastosowanego na podstacji Huta Zawadzka. Transformator ten ma przekadni 115/1,3/1,3/16,5 kV, moc znamionow 7,3 MVA. Zespó wyposaony jest prostownik PD-17/3,3 którego prd znamionowy w trzeciej klasie przecialnoci wynosi 1700 A.
Dla uzwojenia wtórnego poczonego w gwiazd naley przyj indukcyjno wzdun 0,1 mH i rezystancj 6 m, a dla uzwojenia poczonego w trójkt odpowiednio 0,2 mH i 10 m.
Indukcyjno filtru wyjciowego wynosi 6 mH a jego oporno 5 m. Pojemno kondensatora filtru wynosi 1 mF, oporno w gazi kondensatora 0,02 .
Po opisaniu ukadu, naley przeprowadzi dla niego badania identyczne jak dla ukadów poprzednich. Ponadto naley wyznaczy charakterystyk zewntrzn zespou, badajc warto napicia wyjciowego przy rónych prdach obcienia.
Kolejne badania zespou polegaj na okreleniu przepi generowanych w filtrze wyjciowym podczas zaczania zespou oraz podczas zrzutu obcienia. W obydwu przypadkach naley przeprowadzi badania dla rónych wartoci prdów obcienia. Badania te najprociej wykona wykorzystujc moliwo (jak daje SPICE) narzucania warunków pocztkowych dla prdów pyncych przez indukcyjnoci i napi na kondensatorach. Na przykad, dla symulacji zaczenia zespou przyjmujemy prd pocztkowy indukcyjnoci filtru równy zeru i zerowe napicie na kondensatorze. Symulujc zrzut obcienia, prd pocztkowy indukcyjnoci przyjmujemy równy zaoonemu prdowi obcienia a napicie na kondensatorze równe ustalonemu napiciu wystpujcemu przy tym obcieniu.
3. Sprawozdanie
Sprawozdanie powinno zawiera opracowany przez studentów plik wyjciowy dla ukadu mostkowego oraz , dla wszystkich przebadanych ukadów, przebiegi:
1) Napicia wyjciowego i prdu obcienia
2) Napi na diodach
3) Prdów fazowych strony wtórnej
4) Prdów fazowych strony pierwotnej
5) Komutacji przy rónych prdach obcienia
6) Zawartoci wyszych harmonicznych w prdzie strony pierwotnej
4. SPICE - skrócona instrukcja pisania programów
SPICE suy do symulacji obwodów elektrycznych. Obwody, oprócz rezystancji, indukcyjnoci i pojemnoci mog zawiera rónego typu róda prdowe i napiciowe oraz rónorodne elementy póprzewodnikowe. Poniej zamieszczono program opisujcy prosty obwód skadajcy si z elementów R,L,C oraz dwóch diod zasilany napiciem sinusoidalnym.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
OBW RLCD
* NAP. SIN. O SK. STAEJ =0, AMPL. 220V, F=50HZ, OPÓ.=0, T.=0
V1 0 1 SIN 0 220 50 0 0
L 1 2 2M
C 2 3 33U
D1 3 4 DIO
D2 0 3 DIO
R 4 0 100
.MODEL DIO D
.TRAN 0.1M 0.24 0.06
.PROBE
.END
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Program powyszy jest ilustracj nastpujcych zasad obowizujcych przy pisaniu zbiorów wyjciowych dla programu SPICE.
1) Zbiór wyjciowy jest zbiorem tekstowym. Pierwsza linia jest komentarzem. Musi wystpowa w zbiorze nawet jako linia pusta (bez adnego znaku).
2) Topologia obwodu opisywana jest poprzez list elementów obwodu - jeden element w jednej linii. Element opisywany jest poprzez nazw, numery wzów do których jest przyczony oraz warto. Numeracja wzów jest dowolna, jednak w obwodzie musi wystpowa wze o numerze 0. Kolejno poszczególnych elementów na licie jest dowolna. Nazwy opornoci musz zaczyna si od litery R, indukcyjnoci - L, za pojemnoci - C.
3) Wartoci elementów oraz parametry róde prdowych i napiciowych podaje si w jednostkach SI. Nazw jednostek nie trzeba podawa - program wie, e przykadowo element którego nazwa zaczyna si od litery C jest pojemnoci i jego jednostk podstawow jest F.
W opisie wartoci mona stosowa zapisy typu: 3.4546, 2.75E-4 oraz stosowa nastpujce mnoniki - G=10+9, MEG=10+6, K=10+3, M=10-3, U=10-6, N=10-9, P=10-12. Nazwy niezalenych róde napiciowych musz zaczyna si od litery V, za prdowych od litery I. Wartoci parametrów róde o przebiegu sinusoidalnym (wystpujce kolejno po opisie SIN) oznaczaj: warto skadowej staej, amplitud skadowej zmiennej, czstotliwo, opónienie czasowe oraz wspóczynnik tumienia.
5) Dla indukcyjnoci i pojemnoci mona podawa wartoci pocztkowe, które mona narzuci dla chwili t = 0. Dokonuje si tego umieszczajc po opisie danego elementu wyraenie IC= (warto pocztkowa).
4) Linia zaczynajca si znakiem * jest lini
komentarza.
5) Linia zaczynajca si kropk jest dyrektyw lub instrukcj sterujc. W przypadku deklarowania elementu póprzewodnikowego niezbdne jest uycie dyrektywy definiowania modelu .MODEL. W przypadku diody dyrektywa .MODEL musi mie co najmniej dwa parametry: pierwszy to unikalna nazwa uyta w opisie obwodu, natomiast drugi to litera D, okrelajca typ modelu.
6) Instrukcja .TRAN oznacza, e dla badanego obwodu ma zosta przeprowadzona analiza stanu nieustalonego. Pierwszy parametr okrela krok czasowy wyprowadzania wyników, drugi - czas dla którego przeprowadzana bdzie analiza, za trzeci - czas od którego wyprowadzane bd wyniki. Pominicie trzeciego parametru spowoduje e wyniki bd wyprowadzane od pocztku analizy (chwili t=0). Parametry instrukcji .TRAN w przykadzie okrelaj, e wyniki wyprowadzane maj by z krokiem 0,1ms, od czasu t=0.06s do czasu t=0.24s, przy czym caa analiza zostanie przeprowadzona dla przedziau czasu od t=0 dot=0.24s.
Jeeli symulacja ma uwzgldnia narzucone przez nas warunki pocztkowe prdów w indukcyjnociach i napi na kondensatorach, to na zakoczenie listy instrukcji TRAN naley dopisa wyraenie UIC.
7) Instrukcja .PROBE spowoduje, e po zakoczeniu oblicze uruchomiony zostanie program umoliwiajcy przedstawienie wyników analizy w formie graficznej.
8) Instrukcja .END - koniec pliku wejciowego.
9) Cay plik wejciowy napisany by musi duymi literami.
Zbiór wyjciowy jest plikiem tekstowym. Przy jego opracowywaniu najwygodniej jest korzysta z edytora z pakietu Norton Commander. Nazwa zbioru powinna mie rozszerzenie .cir. Komputery uywane w Laboratorium Trakcji Elektrycznej zostay tak skonfigurowane, e plik wejciowy moe znajdowa si w dowolnej kartotece za do uruchomienia symulacji wystarczy, przy wczonym Norton Commanderze, podwietlenie tego pliku i wcinicie "Enter". O ile w zbiorze wyjciowym znajduje si bd, symulacja zostanie przerwana i w pliku wyjciowym tworzonym przez SPICE-a (z rozszerzeniem .out) podany zostanie rodzaj popenionego bdu. Jeeli symulacja przebiegnie poprawnie, samoczynnie zostanie uruchomiony program PROBE, umoliwiajcy przeledzenie, w postaci wykresów napi i prdów, wyników symulacji.
Obsuga programu PROBE polega na wybieraniu z kolejnych "menu" odpowiednich wariantów i okreleniu które z wielkoci, wyliczonych w trakcie symulacji, chcemy obserwowa. "Menu" tworz system hierarchiczny, tzn. po wybraniu której z moliwoci ukazuje si kolejne menu z dalszymi propozycjami. Poprzez wcinicie klawisza "Esc" wracamy o jeden poziom w gór, a do opuszczenie programu PROBE. Najwaniejsze pozycje menu gównego:
- Add Trace - dodanie wykresu w aktualnym ukadzie wspórzdnych. Mona sporzdza wykresy potencjaów wszystkich wzów oraz prdów pyncych przez wszystkie elementy ukadu. Ponadto mona sporzdza wykresy funkcji tych wartoci lub wyrae arytmetycznych na nich wykonywanych.
- Remove Trace - usunicie z ukadu wspórzdnych wybranego wykresu lub wykresów.
- X Axis - ustawienie parametrów osi x, m.in. zakresu, rodzaju podziaki, rodzaj zmiennej opisujcej o x.
- Y Axis - ustawienie parametrów osi Y wykresu.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Regulamin do laboratorium z Zasilania Urządzeń Elektronicznych
2 Instrukcja do laboratorium układy sekwencyjne
Instrukcje do laboratoriĂłw(1)
038 Rutery Wstęp teoretyczny, praktyczne aspekty konfiguracji, instrukcja do laboratorium
Instrukcja do laboratorium ARPA 2 cz
Optoelementy-instrukcja do laboratorium, Lotnictwo, Elektro
Instrukcja do laboratorium
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 10, Elektrotechnika, dc pobierane, pnom wimir, PNOM, Materiałki, Materiał
instrukcja 06, sem 3, Podstawy elektrotechniki i elektroniki, Laboratoria, instrukcje do cwiczen 201
Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego PDH
instrukcja 09, sem 3, Podstawy elektrotechniki i elektroniki, Laboratoria, instrukcje do cwiczen 201
instrukcje do sprawozdań, cw8 przerzutniki, Laboratorium
instrukcje do cwiczen laboratoryjnych 2011, WSZOP INĹ» BHP, V Semestr, TOKSYKOLOGIA
instrukcje do sprawozdań, cw5 bramki logiczne, Laboratorium
Oczyszczanie wody instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
LABORKA, instrukcje do cwiczen laboratoryjnych PCAE AiR
instrukcja 01, sem 3, Podstawy elektrotechniki i elektroniki, Laboratoria, instrukcje do cwiczen 201
więcej podobnych podstron