книги / Практическое моделирование электротехнических систем и систем автоматики

На следующем этапе исследования характеристики колебательного звена составим его модель, в которой циклически будем менять параметр K2 при неизменном значении параметра K1. Структура такой модели представлена на рис. 30.

Рис. 30. Структура модели колебательного звена при значении K1 = 0,25 и при циклической смене параметра K2

После построения и запуска в работу этой модели на экране регистратора появится семейство кривых, показанных на рис. 31.

Анализ семейства графиков колебательного процесса, представленных на рис. 31, показывает, что с уменьшением значения параметра K2 колебательный процесс постепенно затухает и переходит в конечном итоге в апериодический. Если уменьшить значение этого параметра до величины K2 < = 0,01, то колебания этого звена практически исчезают и процесс становится только апериодическим.

41

Для того чтобы избежать в этой модели наложения трех последовательных колебательных процессов на одном экране регистратора Scope, этот элемент преобразуем в трехэкранный вариант. Для этого, установив курсор на кнопку установки параметров, нужно раскрыть позицию Parameters для элемента Scope и двойным щелчком левой клавиши «мыши» раскрыть окно этой установки, в котором в позиции Number of axes нужно ввести число 3. В результате этого число экранов элемента Scope увеличится до трех.

Рис. 33. Изменения выходного сигнала колебательного звена при циклической смене значения параметра K2 в гармоническом процессе

43

В модель введен элемент Demux, который последовательно выводит график каждого колебательного процесса на соответствующий экран элемента Scope. Элемент Demux находится в разделе Commonly Used Blocks библиотеки Simulink. Для придания этому элементу трех необходимых выходов установите курсор на его контуре и двойным щелчком левой клавиши «мыши» раскройте окно установки его параметров, где в позиции Number of outputs введите число 3.

После построения и запуска в работу этой модели на экране регистратора появится семейство кривых, показанных на рис. 33. Анализ семейства графиков колебательного процесса, представленных на этом рисунке, показывает, что частота гармонических колебаний исследуемого звена с увеличением значения параметра K2 резко возрастает.

44

3. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

3.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Для создания модели электротехнической системы, в том числе и модели сети постоянного тока, в пакете МАТLAB необходимо раскрыть библиотеку Simulink, в которой выбрать раздел SimPowerSystems (SPS). Этот раздел имеет семь основных подразделов:

♦Application Libraries – библиотека приложений;

♦Electrical Sources – источники электрической энергии;

♦Elements – электротехнические элементы;

♦Extra Library – библиотека экстренных обращений;

♦Machines – электрические машины;

♦Measurements – измерительныеиконтрольныеустройства;

♦Power Electronics – устройства силовой электроники. Методику создания SPS-модели рассмотрим на следую-

щем примере.

Задача: составить SPS-модель, в которой параллельные цепи постоянного тока с различной величиной активной нагрузки одновременно включаются управляемым выключателем на индуктивную нагрузку. Схема такой модели показа-

на на рис. 34.

Для формирования такой модели после запуска пакета МАТLAB и раскрытия библиотеки Simulink создаем файл Untitled*. После этого входим в раздел SimPowerSystems и раскрываем в нем подраздел Electrical Sources, в котором находим элемент DC Voltage Source и устанавливаем его на рабочем поле модели. Затем раскроем подраздел Elements. В этом подразделе

45

находим элемент Ground, который также переносим на поле модели. Создадим копию этого элемента. В этом же подразделе находим элемент Breaker (выключатель), который переносим на поле модели. Первоначальные параметры этого элемента остаются неизменными.

Рис. 34. Схема параллельной цепи постоянного тока с активной нагрузкой

Находим в этом же подразделе элемент Series RLC Branch, который представляет собой блок из последовательного соединения трех R, L и C элементов. Создадим копию этого элемента. Устанавливаем курсор на контуре одного из этих элементов и раскрываем окно установки его параметров, в строковом меню Brench type которого выбираем позицию R. В строке Resistence этого окна устанавливаем значение 800 Ом. После выхода через ОК из этого окна элемент R получает значение 800 Ом. Создадим две копии элемента R и каждой из них аналогично последовательно присваиваем значения

2000 и 10 000 Ом.

Переносим курсор на копию элемента Series RLC Branch и аналогично через окно установки его параметров определяем ему тип L с численным значением 100 Гн. Для выбора элемента контроля тока перенесем курсор в подраздел Measurements,

46

вкотором выбираем функциональный блок Current Measurement и создадим две копии этого элемента. В соответствии с рис. 34 составим принципиальную схему модели параллельной цепи постоянного тока с активной нагрузкой.

В этой модели работа элемента Breaker должна быть управляемой. Сигналы управления для этого элемента формируются функциональным блоком Timer, который последовательно устанавливается на рабочем поле модели из подразделов

Extra Library –> Control Blocks.. При раскрытии окна установ-

ки параметров этого элемента в позиции Time запишем (через пробел) [0 0,2], а в позиции Amplitude запишем [0 1], и через ОК выходим из этого окна. В результате этого при работе модели в диапазоне изменения времени от 0 до 0,2 с таймер будет формировать нулевой сигнал. Поэтому в этот период выключатель Breaker будет разомкнут. Через 0,2 с таймер выдает единичный сигнал, и элемент Breaker включает сеть.

Для регистрации величины тока в цепях модели нужно на ее рабочем поле установить регистратор типа Scope, на который токовые сигналы всех цепей от элементов Current Measurement подаются через элемент Mux. В библиотеке Simulink элементы Scope и Mux находятся в разделе инструментальных блоков Commonly Used Blocks, из которого мы их устанавливаем в модель и соединяем.

После запуска в работу модели выключатель через 0,2 с одновременно подключает к источнику питания три параллельные цепи. Характер изменения тока в этих цепях в процессе работы модели показан на рис. 35.

Анализ графиков этого рисунка указывает на апериодический характер изменения пускового тока в каждой цепи. При этом амплитудное значение пускового тока снижается по мере увеличения активного сопротивления цепи. Последовательно повышайте на порядок индуктивное сопротивление в этой модели и проанализируйте влияние этого параметра на характер изменения тока в этой модели.

47

После запуска в работу этой модели характер изменения тока в ее параллельных цепях будет соответствовать графикам, показанным на рис. 37.

Рис. 37. Характер изменения тока в параллельных цепях постоянного тока с индуктивной нагрузкой

Анализ графиков этого рисунка указывает на идентичность характера изменения пускового тока в каждой параллельной цепи. Изменение активного сопротивления в этой модели несколько по другому отражается на изменении пускового тока. Последовательно увеличьте на порядок индуктивное сопротивление в этой модели и проанализируйте влияние этого параметра на характеристику этой модели.

Если в одну из параллельных цепей этой модели параллельно подключить емкость согласно рис. 38, то характер изменения пускового тока новой модели будет соответствовать графикам, приведеннымна рис. 39.

Если последовательно на порядок снижать величину емкости в этой модели, то влияние этого параметра на характер изменения тока в этой модели будет соответствовать графикам, показанным на рис. 39. Внесите в модель указанные изменения и зафиксируйте их в нагрузочной характеристике этой сети.

49