Akademia Techniczno Humanistyczna w Bielsku-Białej

Wydział Budowy Maszyn i Informatyki

Katedra Elektrotechniki i Automatyki

Ćwiczenie nr.

8

Metody Komputerowe w Inżynierii Elektrycznej

Rok / Semestr:

3

/

6

Wykonano:

30.04.2003

Temat:

Analiza FFT

Grupa / Sekcja:

1

/

3

Oddano: Ocena:

Imię i nazwisko:

14.05.2003

Paweł Knapek

Grzegorz Knyps

Adam Szafron

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z analizą FFT (szybka transformacja Fouriera)

przeprowadzaną za pomocą programu PSpice. Zastosowanie tej analizy do badania
prostownika sterowanego trójpulsowego, prostownika niesterowalnego oraz prostownika
sterowanego trójpulsowego z odwróconymi tyrystorami.

2. Prostownik sterowany trójpulsowy:

a) schemat badanego układu:

b) ustawienia analizy:

− dla α = 60˚:

Analysis

→Setup→Transient:

• Print Step: 1ms

• Final Time: 40ms

ustawienia źródeł VPULSE:

V_Vs1 $N_0006 0 DC 0 AC 0 +PULSE 0 2 5m 0.01m 0.01m 1m 20m
V_Vs2 $N_0002 0 DC 0 AC 0 +PULSE 0 2 11.66m 0.01m 0.01m 1m 20m
V_Vs3 $N_0004 0 DC 0 AC 0 +PULSE 0 2 18.33m 0.01m 0.01m 1m 20m

− dla α = 30˚:

Analysis

→Setup→Transient:

• Print Step: 1ms

• Final Time: 40ms

ustawienia źródeł VPULSE:

V_Vs1 $N_0006 0 DC 0 AC 0 +PULSE 0 2 3.33m 0.01m 0.01m 1m 20m

V_Vs2 $N_0002 0 DC 0 AC 0 +PULSE 0 2 9m 0.01m 0.01m 1m 20m
V_Vs3 $N_0004 0 DC 0 AC 0 +PULSE 0 2 16.66m 0.01m 0.01m 1m 20m

− dla α = 90˚:

Analysis

→Setup→Transient:

• Print Step: 1ms

• Final Time: 40ms

ustawienia źródeł VPULSE:

V_Vs1 $N_0006 0 DC 0 AC 0 +PULSE 0 2 6.66m 0.01m 0.01m 1m 20m
V_Vs2 $N_0002 0 DC 0 AC 0+PULSE 0 2 13.33m 0.01m 0.01m 1m 20
V_Vs3 $N_0004 0 DC 0 AC 0 +PULSE 0 2 20m 0.01m 0.01m 1m 20m

− dla L = 10mH:

Analysis

→Setup→Transient:

• Print Step: 1ms

• Final Time: 40ms

ustawienia źródeł VPULSE:

V_Vs1 $N_0006 0 DC 0 AC 0 +PULSE 0 2 5m 0.01m 0.01m 1m 20m
V_Vs2 $N_0002 0 DC 0 AC 0 +PULSE 0 2 11.66m 0.01m 0.01m 1m 20m
V_Vs3 $N_0004 0 DC 0 AC 0 +PULSE 0 2 18.33m 0.01m 0.01m 1m 20m

c) wykresy otrzymane podczas analizy:

Charakterystyki zostały wyznaczone dla:

− różnych wartości kąta opóźnienia załączania tyrystorów α;

− po włączeniu w szereg z odbiornikiem indukcyjności (L = 10mH);

1

U

2

U

3

U

Uout

°

= 60

α

1

I

2

I

3

I

out

I

Przebiegi napięć i prądów dla α = 60°

3

,

2

,

1

U

U

U

Uout

Wynik analizy FFT dla przebiegu napięć dla α = 60°.

Iout

3

,

2

,

1

I

I

I

Wynik analizy FFT dla przebiegu prądów dla α = 60°.

1

I

2

I

3

I

out

I

1

U

2

U

3

U

Uout

°

= 30

α

Przebiegi napięć i prądów dla α = 30°

3

,

2

,

1

U

U

U

Uout

Wynik analizy FFT dla przebiegu napięć dla α = 30°.

3

,

2

,

1

I

I

I

Iout

Wynik analizy FFT dla przebiegu prądów dla α = 30°.

1

I

2

I

3

I

out

I

1

U

2

U

3

U

Uout

°

= 90

α

Przebiegi napięć i prądów dla α = 90°

3

,

2

,

1

U

U

U

Uout

Wynik analizy FFT dla przebiegu napięć dla α = 90°.

3

,

2

,

1

I

I

I

Iout

Wynik analizy FFT dla przebiegu prądów dla α = 90°.

1

I

2

I

3

I

out

I

1

U

2

U

3

U

Uout

Przebiegi napięć i prądów dla L = 10mH.

3

,

2

,

1

U

U

U

Uout

Wynik analizy FFT dla przebiegu napięć dla L =10mH.

3

,

2

,

1

I

I

I

Iout

Wynik analizy FFT dla przebiegu prądów dla L = 10mH.

3. Badanie prostownika niesterowalnego:

a) schemat badanego układu:

b) ustawienia analizy:

Analysis

→Setup→Transient:

• Print Step: 1ms
• Final Time: 40ms

c) wykresy otrzymane podczas analizy:

1

U

2

U

3

U

Uout

Przebiegi napięć.

Wynik analizy FFT dla przebiegu napięć .

1

I

2

I

3

I

out

I

Przebiegi prądów.

Wynik analizy FFT dla przebiegu prądów.

4. Badanie prostownika sterowanego przy odwrotnym włączeniu

tyrystorów:

a) schemat układu badanego:

b) ustawienia analizy:

− dla α = 60˚:

Analysis

→Setup→Transient:

• Print Step: 1ms

• Final Time: 40ms

ustawienia źródeł VPULSE:

V_Vs1 $N_0006 0 DC 0 AC 0 +PULSE 0 2 5m 0.01m 0.01m 1m 20m
V_Vs2 $N_0002 0 DC 0 AC 0 +PULSE 0 2 11.66m 0.01m 0.01m 1m 20m
V_Vs3 $N_0004 0 DC 0 AC 0 +PULSE 0 2 18.33m 0.01m 0.01m 1m 20m

c) wykresy otrzymane podczas analizy:

1

U

2

U

3

U

Uout

Przebiegi napięć.

Wynik analizy FFT dla przebiegu napięć .

1

I

2

I

3

I

out

I

Przebiegi prądów.

Wynik analizy FFT dla przebiegu prądów.

5. Wnioski:

Analiza FFT (szybka transformacja Fouriera) umożliwia szybkie przekształcenie Fouriera

dla przebiegów wygenerowanych po analizie AC lub Transient. W celu uruchomienia tej
analizy należy w Pspice AD zaznaczyć ikonę FFT lub w menu Trace zaznaczyć FFT Fourier.

Jako pierwszy badaliśmy prostownik niesterowalny trójpulsowy. Z charakterystyk dla

tego układu widać:

1. Przebieg napięcia i prądu wyjściowego zależy od kąta opóźnienia załączenia

tyrystorów α. Dla 0 ≤ α < 30° mamy zakres pracy ciągłej dla odbiornika
rezystancyjnego. Natomiast dla 30° ≤ α < 150° zaobserwować można przewodzenie
impulsowe (przerywane).

2. Prąd pobierany z sieci zasilającej jak widać z charakterystyk jest odkształcony. Z

analizy FFT widać, że podczas pracy prostownika w sieci pojawiają się harmoniczne
w prądzie. Oprócz składowej stałej pojawiają się harmoniczny rzędu h = 1,2,3,4,... .
Najwyższą wartość ma harmoniczna pierwsza, której częstotliwość jest równa
częstotliwości sieci zasilającej.

3. W prądzie i napięciu wyjściowym pojawiają się oprócz składowej stałej harmoniczne

rzędu h = 3k, gdzie k = 1,2,3,4,... . Przy przewodzeniu impulsowym największą
wartość ma trzecia harmoniczna, przy przewodzeniu ciągłym największą wartość ma
składowa stała napięcia lub prądu . Wprowadzenie indukcyjności powoduje
zmniejszenie strefy przewodzenia przerywanego.

Kolejnym badanym układem był prostownik niesterowalny.

Z charakterystyk dla tego

układu widać:

1. Z przebiegów napięć i prądów widać, że nie ma pracy impulsowej prostownika

niesterowalnego.

2. W napięciu i prądzie wyjściowym pojawiają się oprócz składowej stałej, harmoniczne

rzędu h = 3k, gdzie k = 1,2,3,..., podobnie jak w przypadku prostownika sterowanego .
Również w prądzie pobieranym z sieci zasilającej pojawiają się harmoniczne.

Ostatnim badanym układem był prostownik sterowany trójpulsowy po odwróceniu

tyrystorów. Z charakterystyk możemy zauważyć, podobieństwo do prostownika
niesterowalnego. Z tym że prostowana jest dolna półfala napięcia. W sieci zasilającej,
napięciu i prądzie wyjściowym pojawiają się te same harmoniczne.

Reasumując prostowniki sterowane i niesterowalne wprowadzają do prądu z sieci

zasilającej wyższe harmoniczne. Harmoniczny w napięciu i prądzie wyjściowym z
prostownika zależą od liczby pulsów p i wynoszą ogólnie h = pk, gdzie k = 1,2,3,.. .