Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Мощная фидерная линия должна быть спроектирована так, чтобы падение напряжения между источником и нагрузкой не превышало предельного значения. Часто разрешается использовать падение напряжения для регулировки напряжения на нагрузке в пределах 5 или менее процентов. Схема на рис. 2.43 используется, чтобы иллюстрировать требования к регулированию напряжения. Мы видим, что в каждую линию включены сопротивление и индуктивность. Будет ли желательное регулирование напряжения достигнуто при R =0,077 Ом и L =0,244 мГн в линии фидера? Воспользуемся моделированием PSpice, чтобы найти напряжение на нагрузке.

Рис. 2.43. Схема для иллюстрации регулирования напряжения

Нагрузка, соединенная в звезду, представляет собой трехфазный двигатель, предназначенный для питания от сети 440 В, 60 Гц. Исходное линейное напряжение составляет 460 В, откуда фазное напряжение:

Входной файл не требует никаких дополнительных пояснений. Он показан на рис. 2.44 вместе с результатами анализа. Процент регулирования напряжения Δ V равен:

Voltage Regulation for Three-Phase Load

VA 1 0 AC 265.58V 0

VB 5 0 AC 265.58V -120

VC 9 1 AC 265.58V 120

R1 1 2 0.077

R2 5 6 0.077

R3 9 10 0.077

L1 2 3 0.244mH

L2 6 7 0.244mH

L3 10 11 0.244mH

RL1 4 0 2.7

RL2 8 0 2.7

RL3 12 0 2.7

LL1 3 4 6.12mH

LL2 7 8 6.12mH

LL3 11 12 6.12mH

.AC LIN 1 60HZ 60HZ

.PRINT AC I(R1) IP(R1) I(R2) IP(R2)

.PRINT AC I(R3) IP(R3)

.PRINT AC V(3) VP(3) V(7) VP(7)

.PRINT AC V(11) VP(11)

.OPT NOPAGE

.END

**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С

FREQ I(R1) IP(R1) I(R2) IP(R2)

6.000E+01 7.237E+01 -4.083E+01 7.237E+01 -1.608E+02

FREQ I(R3) IP(R3)

6.000E+01 7.237E+01 1.917E+01

FREQ V(3) VP(3) V(7) VP(7)

6.000E+01 2.570E+02 -3.108E-01 2.570E+02 -1.203E+02

FREQ V(11) VP(11)

6.000E+01 2.570E+02 5.969E+01

Рис. 2.44. Выходной файл при моделировании схемы на рис. 2.43

Проведем анализ двухфазной системы, скорее всего, для удовлетворения собственного любопытства, пользуясь тем, что его очень легко реализовать на PSpice. На рис. 2.45 приведена такая схема, где полные сопротивления нагрузки равны Z=(25+j50) Ом для каждой фазы.

Рис. 2.45. Двухфазная схема

Two-Phase System

V1 1 0 AC 120 0

V2 2 0 AC 120 -90

R1 1 3 0.10

R2 2 7 0.10

R3 0 5 0.10

RL1 3 4 25

RL2 7 6 25

L1 4 5 0.133H

L2 6 5 0.133H

.AC LIN 1 60HZ 60HZ

.PRINT AC V(3,5) VP(3,5)

.PRINT AC V(7,5) VP(7,5)

.PRINT AC I(RL1) IP(RL1)

.PRINT AC I(RL2) IP(RL2)

.PRINT AC I(R3) IP(R3)

.OPT NOPAGE

.END

**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С

FREQ V(3,5) VP(3,5)

6.000E+01 1.200E+02 2.284E-01

FREQ V(7,5) VP(7,5)

6.000E+01 1.196E+02 -8.986E+01

FREQ I(RL1) IP(RL1)

6.000E+01 2.142E+00 -6.327E+01

FREQ I(RL2) IP(RL2)

6.000E+01 2.135E+00 -1.534E+02

FREQ I(R3) IP(R3)

6.000E+01 3.022E+00 7.178E+01

Рис. 2.46. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 2.45

При частоте 60 Гц, реактивное сопротивление 50 Ом соответствует индуктивности L =0,133 Гн. Входной файл включен в рис. 2.46, который показывает выходные напряжения и токи. Фазные напряжения на нагрузке имеют почти одинаковые значения (120 В) и сдвинуты приблизительно на 90°. Линейные токи I(RL1) и I(RL2) также имеют почти равные значения (2,15 А) и сдвинуты приблизительно на 90°. Обратите внимание на ток I(RL1), сдвинутый на угол -63,27°, который является также фазовым углом для полного сопротивления нагрузки. Ток нейтрали I(R3) более чем в два раза превышает линейные токи:

Z = R + jX L = 25 + j 50 = 55,9∠63,4°Ом.

Нарисуйте векторную диаграмму, показав фазные напряжения на нагрузке и каждый из трех линейных токов.

Интересно посмотреть, что получится, если увеличить сопротивление в каждой линии. Установим для R 1, R 2и R 3значения сопротивлений в 10 Ом и выполним моделирование снова. Новый выходной файл показан на рис. 2.47. Обратите внимание, что V(3,5)=111∠19,3° и V(7,5)=89,1∠-82,2°. Напряжения теперь несбалансированы и сдвинуты на 105,5°. Линейные токи также несбалансированы, и снова ток нейтрали больше, чем любой из двух других токов.

Two-Phase System with Large Values of Line Resistance

V1 1 0 AC 120 0

V2 2 0 AC 120 -90

R1 1 3 10

R2 2 7 10

R3 0 5 10

RL1 3 4 25

RL2 7 6 25

L1 4 5 0.133H

L2 6 5 0.133H

.AC LIN 1 60HZ 60HZ

.PRINT AC V(3,5) VP(3,5)

.PRINT AC V(7,5) VP(7,5)

.PRINT AC I(RL1) IP(RL1)

.PRINT AC I(RL2) IP(RL2)

.PRINT AC I(R3) IP(R3)

.OPT NOPAGE

.END

**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С

FREQ V(3,5) VP(3,5)

6.000E+01 1.110E+02 1.926E+01

FREQ V(7,5) VP(7,5)

6.000E+01 8.909E+01 -8.220E+01

FREQ I(RL1) IP(RL1)

6.000E+01 1.981E+00 -4.424E+01

FREQ I(RL2) IP(RL2)

6.000E+01 1.590E+00 -1.457E+02

FREQ I(R3) IP(R3)

6.000E+01 2.280E+00 9.265E+01

Рис. 2.47. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 2.45 при увеличенных сопротивлениях

С[имя] <+узел> <-узел> <���значение>

Например, запись

С 4 5 0.5uF

показывает, что конденсатор емкостью 0,5 мкФ включен между узлами 4 и 5 . При другой форме ввода в конце строки добавляется запись значения IС для того, чтобы ввести начальное значение напряжения на конденсаторе.

Например, запись

С 4 5 0.5uF IС 5 3V

показывает, что на конденсаторе имеется начальное напряжение в 3 В, причем положительный потенциал на узле 4.

I[имя] <+узел> <-узел> АС <���амплитуда> [<���фаза>]

Например, запись

IS 1 2 АС 0.35 45

указывает, что источник переменного тока 350 мА включен между узлами 1 и 2 и его начальный фазовый угол равен 45°. Помните, что значения токов и напряжений по умолчанию задаются для постоянного тока. В иных случаях это должно быть специально указано (как в нашем случае записью АС).

K[имя] L [имя] L [имя] <���значение коэффициента связи>

Например,

K L1 L2 0.1

указывает, что схема с индуктивной связью, возможно, трансформатор, имеет две связанные катушки индуктивности L 1и L 2. Коэффициент связи k =0,1. Другая форма этой команды, которая касается схемы с индуктивной связью на магнитном сердечнике, будет представлена позже.