Politechnika dzka
Wydzia Elektrotechniki, Elektroniki,
Informatyki i Automatyki
Instytut Elektroenergetyki
Zesp Trakcji Elektrycznej
WICZENIE Z3
SYMULACJA PRACY UKADW PROSTOWNIKOWYCH
Cel wiczenia: Zapoznanie si z prac wielofazowych ukadw prostownikowych poprzez symulacj ich pracy za pomoc pakietu SPICE.
1.Uwagi wstpne
Trakcyjny zesp prostownikowy skada si z transformatora prostownikowego i ukadu prostowniczych diod krzemowych. W wiczeniu zamodelowane zostan i przebadane rne ukady prostownikowe, przy czym w opisach modeli wystpowa bdzie tylko strona wtrna transformatora, ktrej parametry uwzgldniaj indukcyjno rozproszenia i rezystancj uzwoje strony pierwotnej. Pliki wejciowe dla ukadw prostownikowych jednokierunkowych znajduj si na doczonej do niniejszej instrukcji dyskietce a ich wydruk wraz ze schematami obwodw 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 studentw wykonujcych wiczenie.
Wicej informacji o ukadach prostownikowych, ktrych praca symulowana jest w niniejszym wiczeniu, znajduje si w instrukcji do wiczenia "Badanie ukadw 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 wtrnych pyn tylko w jednym kierunku. Trjfazowe uzwojenie pierwotne moe by poczone w gwiazd lub w trjkt. Gdy transformator jest obciony, w jego uzwojeniu wtrnym powstaje trzecia harmoniczna prdu, ktra wywouje w rdzeniu strumie trzeciej harmonicznej. Ta skadowa strumienia indukuje z kolei SEM trzeciej harmonicznej w uzwojeniach pierwotnych. Jeeli uzwojenia te poczone s w trjkt, powodowane przez t SEM prdy wywouj wasny strumie trzeciej harmonicznej ktry znosi si ze strumieniem trzeciej harmonicznej wytwarzanym przez uzwojenia wtrne. 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 wtrne przewodz prd jedynie przez 1/6 okresu apierwotne przez 1/3, wspczynnik ksztatu przebiegw prdw 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 studentw jest przeprowadzenie kilku symulacji dla rnych parametrw obwodu tak, aby na ich podstawie mona byo oceni wpyw tych parametrw na przebiegi napi i prdw wobwodzie. Zwrci naley szczegln uwag na przebieg prdu w uzwojeniu pierwotnym (bdcym sum odpowiednich prdw uzwoje strony wtrnej), 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 rwnie ukadem jednokierunkowym. Posiada dziewi uzwoje po stronie wtrnej transformatora. Kada z diod przewodzi prd przez 1/6 okresu. Trzy uzwojenia wtrne (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 rwnowaga magnetyczna. Suma poszczeglnych prdw fazowych uzwojenia pierwotnego jest wkadej chwili rwna zeru. Bez obawy wywoania strumienia rozproszenia uzwojenie pierwotne moe by czone w gwiazd lub trjkt.
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 wyrwnawczym.
Ukad ten stanowi rwnolege poczenie dwch ukadw gwiazdowych trjfazowych 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 powek dawika nie maleje do zera) komutacja zachodzi oddzielnie w obydwu gwiazdach. Zalet tego ukadu wporwnaniu do poprzednich jest to, e w kadej chwili pracuj dwie fazy - po jednej w kadej gwiedzie. Dziki temu kade z uzwoje wtrnych przewodzi przez 1/3 okresu co poprawia wspczynnik 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 wyrwnawczym
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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 wyrwnawczego na warto prdu krytycznego, przy ktrym wystpuje podskok wartoci napicia wyprostowanego.
2.4. Symulacja ukadu trjfazowego mostkowego
Rys.4. Schemat zastpczy ukadu mostkowego
Dla powyszego schematu opracowa plik wyjciowy dla pakietu SPICE a nastpnie przeprowadzi symulacje dla rnych parametrw obwodu.
2.5. Symulacja pracy 12-pulsowego zespou prostownikowego
Rys.5. Schemat zastpczy ukadu 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. Zesp wyposaony jest prostownik PD-17/3,3 ktrego prd znamionowy w trzeciej klasie przecialnoci wynosi 1700 A.
Dla uzwojenia wtrnego poczonego w gwiazd naley przyj indukcyjno wzdun 0,1 mH irezystancj 6 m, a dla uzwojenia poczonego w trjkt 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 ukadw poprzednich. Ponadto naley wyznaczy charakterystyk zewntrzn zespou, badajc warto napicia wyjciowego przy rnych 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 rnych wartoci prdw obcienia. Badania te najprociej wykona wykorzystujc moliwo (jak daje SPICE) narzucania warunkw pocztkowych dla prdw pyncych przez indukcyjnoci i napi na kondensatorach. Na przykad, dla symulacji zaczenia zespou przyjmujemy prd pocztkowy indukcyjnoci filtru rwny zeru i zerowe napicie na kondensatorze. Symulujc zrzut obcienia, prd pocztkowy indukcyjnoci przyjmujemy rwny zaoonemu prdowi obcienia a napicie na kondensatorze rwne ustalonemu napiciu wystpujcemu przy tym obcieniu.
3. Sprawozdanie
Sprawozdanie powinno zawiera opracowany przez studentw plik wyjciowy dla ukadu mostkowego oraz , dla wszystkich przebadanych ukadw, przebiegi:
1) Napicia wyjciowego i prdu obcienia
2) Napi na diodach
3) Prdw fazowych strony wtrnej
4) Prdw fazowych strony pierwotnej
5) Komutacji przy rnych prdach obcienia
6) Zawartoci wyszych harmonicznych w prdzie strony pierwotnej
4. SPICE - skrcona instrukcja pisania programw
SPICE suy do symulacji obwodw elektrycznych. Obwody, oprcz rezystancji, indukcyjnoci ipojemnoci mog zawiera rnego typu rda prdowe i napiciowe oraz rnorodne elementy pprzewodnikowe. Poniej zamieszczono program opisujcy prosty obwd skadajcy si z elementw R,L,C oraz dwch diod zasilany napiciem sinusoidalnym.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
OBW RLCD
* NAP. SIN. O SK. STAEJ =0, AMPL. 220V, F=50HZ, OP.=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 zbiorw wyjciowych dla programu SPICE.
1) Zbir wyjciowy jest zbiorem tekstowym. Pierwsza linia jest komentarzem. Musi wystpowa wzbiorze nawet jako linia pusta (bez adnego znaku).
2) Topologia obwodu opisywana jest poprzez list elementw obwodu - jeden element w jednej linii. Element opisywany jest poprzez nazw, numery wzw do ktrych jest przyczony oraz warto. Numeracja wzw jest dowolna, jednak w obwodzie musi wystpowa wze o numerze 0. Kolejno poszczeglnych elementw na licie jest dowolna. Nazwy opornoci musz zaczyna si od litery R, indukcyjnoci - L, za pojemnoci - C.
3) Wartoci elementw oraz parametry rde prdowych i napiciowych podaje si w jednostkach SI. Nazw jednostek nie trzeba podawa - program wie, e przykadowo element ktrego 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 rde napiciowych musz zaczyna si od litery V, za prdowych od litery I. Wartoci parametrw rde oprzebiegu sinusoidalnym (wystpujce kolejno po opisie SIN) oznaczaj: warto skadowej staej, amplitud skadowej zmiennej, czstotliwo, opnienie czasowe oraz wspczynnik tumienia.
5) Dla indukcyjnoci i pojemnoci mona podawa wartoci pocztkowe, ktre 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 pprzewodnikowego niezbdne jest uycie dyrektywy definiowania modelu .MODEL. Wprzypadku 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 wynikw, drugi - czas dla ktrego przeprowadzana bdzie analiza, za trzeci - czas od ktrego 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 prdw windukcyjnociach 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 wynikw analizy w formie graficznej.
8) Instrukcja .END - koniec pliku wejciowego.
9) Cay plik wejciowy napisany by musi duymi literami.
Zbir wyjciowy jest plikiem tekstowym. Przy jego opracowywaniu najwygodniej jest korzysta zedytora 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 wykresw napi iprdw, wynikw symulacji.
Obsuga programu PROBE polega na wybieraniu z kolejnych "menu" odpowiednich wariantw iokreleniu ktre z wielkoci, wyliczonych w trakcie symulacji, chcemy obserwowa. "Menu" tworz system hierarchiczny, tzn. po wybraniu ktrej z moliwoci ukazuje si kolejne menu z dalszymi propozycjami. Poprzez wcinicie klawisza "Esc" wracamy o jeden poziom w gr, a do opuszczenie programu PROBE. Najwaniejsze pozycje menu gwnego:
- Add Trace - dodanie wykresu w aktualnym ukadzie wsprzdnych. Mona sporzdza wykresy potencjaw wszystkich wzw oraz prdw pyncych przez wszystkie elementy ukadu. Ponadto mona sporzdza wykresy funkcji tych wartoci lub wyrae arytmetycznych na nich wykonywanych.
- Remove Trace - usunicie z ukadu wsprzdnych wybranego wykresu lub wykresw.
- X Axis - ustawienie parametrw osi x, m.in. zakresu, rodzaju podziaki, rodzaj zmiennej opisujcej o x.
- Y Axis - ustawienie parametrw osi Y wykresu.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Symulacja pracy układów fizycznych, Data:
symulacja pracy ukladow fizycznych
SYMULACJA PRACY UKŁADÓW FIZYCZNYCH ZA POMOCĄ PAKIETU
BADANIE UKŁADÓW PROSTOWNIKOWYCH PRZY RÓŻNYCH OBCIĄŻENIACH
Badanie ukladow prostowniczych i powielaczy napiecia, Klasa
skrypt z prawa pracy
Modelowanie i symulacja prostych układów elektrycznych w programie?SPOC
Skrypt- Metodyka pracy opiekuńczo - wychowawczej, Pedagogika, Studia stacjonarne I stopnia, Rok 3,
Prawo pracy - skrypt, prawo pracy i prawo urzędnicze, Prawo pracy i Prawo urzędnicze(1)
PRAWO PRACY - skrypt, prawo pracy
Skrypt Prawo Pracy(1)
Badanie układów prostownikowych1, Szkoła, penek, Przedmioty, Elektronika, Laborki
Badanie układów prostownikowych, Elektrotechnika, Elektrotechnika, elektronika
Skrypt 1, Prawo pracy
Badanie układów prostownikowych lab, AiR Politechnika Krakowska, II ELET - Elektrotechnika
Skrypt z prawa pracy, Prawo pracy
Cw 3 Badanie ukladow prostowniczych
Elektronika- Komputerowa symulacja analogowych układów elektronicznych.DOC, LABORATORIUM PODSTAW AUT
Laboratorium 6 Symulacja pracy modemu V 34
więcej podobnych podstron