Разработка математических моделей электротехнических устройств на основе виртуальных схемных компонентов

• Автор: Максимов, Дмитрий Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 175 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Физическая модель устройств силовой электроники

1.1. Обзор систем моделирования устройств силовой электроники

1.2. Стандартные элементы электрических схем

1.3. Виртуальные схемные компоненты

1.4. Кусочнолинейная расщепленная система

как модель устройств силовой электроники

1.5. Выводы

Глава 2. Анализ цепей с идеальными трансформаторами

2.1. Построение схемы замещения трансформатора

2.2. Определение параметров модели трансформатора
2.3. Исключение уравнений идеальных трансформаторов
2.4. Выводы
Глава 3. Формирование и решение уравнений модели
3.1. Формирование уравнений электрической цепи
3.2. Алгоритм формирования уравнений функциональной цепи
3.3. Решение дифференциальных и алгебраических уравнений
3.4. Выводы
Глава 4. Система программ ДИФУР
4.1. Структура программы моделирования
4.2. Определение момента переключений
4.3. Краткое описание системы ДИФУР
4.4. Тестовые примеры
4.5. Вывода
Список использованных источников


Силовая часть на интервалах постоянства состояния полупроводниковых приборов и трансформаторных элементов относится к непрерывным системам, а система управления по своему функциональному назначению воздействует на силовую цепь только в дискретные моменты времени и ближе к дискретной системе. При моделировании обычно необходим точный анализ силовой части и на функциональном уровне - системы управления. Существующие системы анализа не полностью учитывают особенности УСЭ и недостаточно эффективны для широкого использования в практике проектирования. Такие системы как PSpice, OrCad, Micro-Cap, Electronics Workbench, Circuit Maker и т. Физической моделью этих систем является наиболее общая модель - нелинейная динамическая система, состоящая из произвольно соединенных элементов базового набора: линейных и нелинейных индуктивностей, резисторов, емкостей, зависимых и независимых источников тока и напряжения. Имеющиеся в таких системах модели элементов электронных устройств теоретически позволяют решить любую задачу анализа, однако при моделировании УСЭ возникает целый ряд проблем, сильно затрудняющих решение практических задач. Сложность получения моделей многообмоточных трансформаторов с разветвленной магнитной системой. Затруднительно отобразить большое количество активных и пассивных элементов систем управления УСЭ на функциональном уровне. Все нелинейные элементы отображаются зависимыми источниками тока, величина которого определяется функциональными схемами. УСЭ. Имеет удобный графический интерфейс пользователя. Позволяет достаточно просто создавать подсхемы пользователя и организовывать их в библиотеки. Позволяет получить систему алгебраических и систему дифференциальных уравнений, описывающих электрические и функциональные схемы, и использовать огромный математический аппарат для их исследования. Содержит большое количество примеров моделирования, начиная со схем, демонстрирующих работу отдельных элементов, до больших систем энергоснабжения, содержащих генераторы, статические преобразователи, фильтрокомпенсирующие устройства, статические и двигательные нагрузки. Для формирования системы алгебраических и системы дифференциальных уравнений используется метод постоянной структуры, что приводит к высокому порядку систем алгебраических и дифференциальных уравнений и повышенным затратам вычислительных ресурсов. Накладываются топологические ограничения на соединения элементов. Так, нельзя включать индуктивность или источник тока последовательно с нелинейным элементом без включения дополнительных шунтирующих элементов, что приводит к большому разбросу собственных чисел и увеличению затрат времени на решение. Набор функциональных элементов ориентирован на решение математических задач и не соответствует реальным электронным компонентам. Для полного использования своих возможностей требует высокой математической подготовки пользователя. Наиболее предпочтительная область применения системы Ма(ЬаЬ - моделирование сложных УСЭ с большим количеством силовых полупроводниковых приборов, сложными системами управления и разнообразными нагрузками. Диапазон частот моделируемых устройств ограничен областью, в которой можно пренебречь процессами включения и выключения силовых полупроводниковых приборов. Последнее замечание справедливо только при использовании стандартных моделей приборов. В системе нет ограничений на разработку и использование моделей пользователя, которые бы более детально учитывали процессы в силовых полупроводниковых приборах и других элементах силовых устройств. Недостатки рассмотренных выше систем анализа при моделировании УСЭ связаны в основном с используемой ими физической моделью. В качестве модели УСЭ, отображающей его непрерывные и дискретные свойства и более полно учитывающей их особенности, целесообразней использовать разветвленную кусочно-линейную систему (КЛР-систему) [). Эта система лежит в основе популярных в х годов систем ЭЛТРАН и ПАКЛС. В состав КЛР-системы входят непрерывная и дискретная подсистемы и связывающий их блок преобразования «аналог-код» или блок компараторов. УСЭ. Таблица 1. Характеристика ОгСас! Місго-Сар, т. Для разработки физической модели преобразовательных устройств используются стандартные элементы и так называемые виртуальные схемные компоненты.