Роберт Хайнеманн - Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE

Полууправляемая мостовая схема на тиристорах В2Н [42] К сожалению, демонстрационная версия позволяет устанавливать только два, а в очень простых схемах — три тиристора. Причина в том, что для описания поведения тиристоров в программе PSPICE была использована очень дорогостоящая модель. Для многих исследований в области энерготехники это является существенным ограничением. В spicelab есть упрощенный вариант тиристора, благодаря чему в схемах, моделируемых в демонстрационной версии, можно устанавливать до шести таких элементов. , питающаяся от трансформатора [43] Трансформатор, использованный в этой схеме, находится в библиотеке ANALOG.slb и называется XFRM_LINEAR. Он имеет линейную В-Н-характеристику, то есть без учета насыщения железа сердечника. Атрибутами трансформатора XFRM_LINEAR являются значения индуктивности L 1 и L 2 , а также коэффициент связи Coupling. В энерготехнике коэффициенты связи у трансформаторов имеют значения чуть меньше единицы, например 0.99. Для значений индуктивности действует отношение: L 1 /L 2 =N 1 ²/N 2 ². Таким образом, трансформатор, установленный в схеме на рис. 13.1, с заданными значениями L 1 =576 мГн и L 2 =16 мГн, имеет передаточное отношение N 1 /N 2 ²=6/1. Программа PSPICE позволяет включать в схемы также трансформаторы и с нелинейными характеристиками. Чтобы правильно их использовать, необходимо хорошо знать классификацию магнитных сердечников. показана на рис. 13.1.

Рис. 13.1. Полууправляемая мостовая схема на тиристорах B2H

В данном разделе исследуется уровень высших гармоник, возникающих при работе мостовой схемы на тиристорах, то есть высокочастотных помех, которые не только мешают соседскому телевизору принимать телевизионные передачи, но даже могут наносить вред здоровью человека, являясь своего рода «электросмогом».

Моделирование схемы, изображенной на рис. 13.1, в диапазоне времени от 0 до 100 мс позволило выявить следующую характеристику выходного напряжения (рис. 13.2).

Рис. 13.2. Выходное напряжение (фрагмент) полууправляемой мостовой схемы на тиристорах

После щелчка по кнопке FFT был получен частотный спектр выходного напряжения (рис. 13.3).

Рис. 13.3. Частотный спектр выходного напряжения мостовой схемы на тиристорах

Очевидно, что если не принять особых мер, эта мостовая схема не отвечает ни требованиям TELEKOM по допустимому уровню помех, ни предписаниям стандартов EMV. Возникает вопрос, поможет ли сглаживающий дроссель значительно снизить уровень помех. Установив дроссель индуктивностью 300 мГн, получаем схему, изображенную на рис. 13.4.

Рис. 13.4. Схема полумоста на тиристорах со сглаживающим дросселем

Моделирование (от 0 до 100 мс) дает диаграмму выходного напряжения, приведенную на рис. 13.5.

Рис. 13.5. Выходное напряжение (фрагмент) схемы полумоста

Благодаря сглаживающему эффекту дросселя характеристика выходного напряжения стала менее угловатой, что обещает снижение уровня помех. Изображение спектра Фурье (рис. 13.6) подтверждает это впечатление.

Рис. 13.6. Спектр Фурье выходного напряжения схемы полумоста

Важнейшими потребителями электроэнергии являются электрические машины. Кроме активной мощности, которую они затем преобразовывают в механическую, им также необходима и реактивная мощность. Реактивная мощность не «потребляется» электрическими машинами, она всего лишь «берется на время» из сети во время одной части периода и в другой части периода возвращается обратно в сеть. Однако «прокачивание» реактивной мощности через выводы происходит не без потерь. Мелким потребителям предприятия энергоснабжения предоставляют необходимую реактивную мощность бесплатно. Но если реактивная мощность используется широкомасштабно, она должна оплачиваться. Поэтому электрические установки с большим потреблением реактивной мощности (при этом практически всегда речь идет о индуктивной реактивной мощности) должны «компенсироваться». Компенсация индуктивной реактивной мощности происходит за счет подключения потребителей емкостной реактивной мощности, то есть конденсаторов.

На рис. 13.7 изображен симметричный потребитель трехфазного тока в схеме соединения звездой [44] Использованные в этой схеме компоненты трехфазного тока V3Phase, Schalt3Phase и символы для защитного проводника РЕ, нейтрального проводника N и комбинированного защитно-нейтрального проводника PEN находятся в библиотеках MISC.slb и SAMPLE.lib. Переключатели трехфазного тока срабатывают в тот момент времени, который установлен атрибутом t_Start. Этот атрибут определяет момент выключения. В качестве атрибутов источника трехфазного тока устанавливаются амплитуда (Ampl), частота (FREQU) и положение по фазе при включении (Delay). . Каждое из трех ответвлений состоит из последовательного соединения R=10 Ом и L=100 мГн.

Рис. 13.7. Установка трехфазного тока с включаемыми компенсационными конденсаторами

Через переключатель трехфазного тока S8 могут подключаться три компенсационных конденсатора. На рис. 13.8–13.10 можно видеть, какое действие оказывает компенсация реактивной мощности. На рис. 13.8 изображена схема в некомпенсированном состоянии. На рис. 13.9 показано, что происходит, когда переключатель S8 срабатывает на 100 мс: с этого момента достигается полная компенсация реактивной мощности. На рис. 13.10 схема находится в перекомпенсированном состоянии.

Рис. 13.8. Схема трехфазного тока без компенсации реактивной мощности; переключатель S8 открыт

Рис. 13.9. Схема трехфазного тока с полной компенсацией реактивной мощности за счет подключения при t=100 мс трех конденсаторов емкостью 100 мкФ каждый