Рис. 5.1. Пиктограмма диода (а), схема замещения диода в виде набора элементов (б), условное обозначение диода (в) и его аппроксимированная вольт-амперная характеристика (г)
Модель диода представляет собой схему замещения и содержит резистор Ron, индуктивность Lon, источник постоянного напряжения Vf и ключ SW, включенные последовательно (рис. 5.1, б). Управляет работой ключа блок логики. При положительном напряжении на диоде (Uak-Uf) происходит его включение (замыкание) и через прибор начинает протекать ток. Размыкание ключа (выключение диода) осуществляется при снижении до нуля тока Iak, протекающего через диод. Параллельно диоду подключена демпфирующая цепь, называемая Snubber и состоящая из последовательно соединенных резистора R и емкости С.
Параметры блока (окно для настройки параметров блока вызывается двойным щелчком левой клавиши мыши – ЛКМ по пиктограмме блока):
Resistance Ron (Ohm) – сопротивление во включенном состоянии (Ом);
Inductance Lon (H) – индуктивность во включенном состоянии (Гн);
Forward voltage Uf (V) – прямое падение напряжения (В);
Initial current Ic (A) – начальное значение тока (А). При значении параметра, равном нулю, моделирование начинается при закрытом состоянии диода. Если параметр задан положительным значением, то моделирование будет начато при открытом состоянии диода;
Snubber resistance Rs (Ohm) – сопротивление демпфирующей цепи (Ом);
На пиктограмме блока Diodeимеются анод a и катод k, а также выходной порт, обозначенный т, в котором формируется векторный Simulink-сигнал из двух составляющих. Первая из них соответствует анодному току диода, вторая – напряжению на аноде диода.
Пример. Выполнить модель однотактного выпрямителя с RL-нагрузкой и измерить токи и напряжения на диоде и на нагрузке.
Исходные данные для модели: питающее переменное напряжение 220 В с частотой переменного тока 50 Гц, нагрузка с сопротивлением 2 Ом и индуктивностью 5 мГн.
Запускается MATLAB и вызываются два окна: окно обозревателя библиотеки Simulink Library Browser— кнопкой , окно модели — через File/New/Model. Расположены окна на рабочем столе. В левой части окна обозревателя следует закрыть дерево Simulink,открыть дерево SimPowerSystemsи активировать строку дерева Electrical Sources(источники электрической энергии). В правой части окна обозревателя открывается раздел Electrical Sources.
С помощью ЛКМ нужно перетащить пиктограмму источника переменного напряжения AC Voltage Sourceв окно модели. Действуя аналогично, в окно модели поочередно перемещают пиктограмму последовательной RLC-цепи Series RLC Branchиз раздела Elements(электротехнические элементы), пиктограммы измерителя напряжения Voltage Measurementи измерителя тока Current Measurementиз раздела Measurements(измерительные и контрольные устройства). Из библиотеки Simulink– пиктограммы осциллографа Scopeиз раздела Sinks (приемники и измерители сигналов) и Demuxиз раздела Signal Routing(блоки, определяющие маршруты сигналов). Производятся соединения блоков в схему (рис. 5.2, а), в которой к информационному порту т диода подключается осциллограф Scopeчерез демультиплексор Demux,выделяющий из обще-
а)
б)
в)
Рис. 5.2. SPS-модель с полупроводниковым диодом (а), окно настройки параметров диода (б), временные диаграммы тока и напряжения на диоде и тока и напряжения на нагрузке (в)
го векторного Simulink-сигнала два раздельных сигнала, выводимых на подключенный осциллограф. Сам осциллограф имеет четыре входа. Напомним, что количество входов устанавливается после вызова в окне осциллограмм Scope(рис. 5.2, в) кнопкой Parametersдругого окна с именем Parameters Scopeи закладкой General— общие параметры, где и устанавливается требуемое число осей Number axes.В блоках настройки параметров производятся установки питающего напряжения 220 В, частоты 50 Гц (окно параметров источника AC Voltage Source),сопротивление 2 Ом, индуктивность 5 мГн и емкость inf (бесконечность) (окно параметров блока Series RLC Branch).Окно параметров диода с установленными настройками приведено на рис. 5.2, б. Если в демпфирующей цепи Snubber уменьшить сопротивление резистора до величины 10 – 20 Ом, то на кривой тока нагрузки могут появиться высокочастотные колебания, что свидетельствует о необходимости внимательного отношения к выбору параметров элементов этой цепи. Менее чувствительны процессы коммутации диода к выбору величины емкости данной цепочки, но снижение ее ниже 10-7 Ф также может вызвать появление аналогичных колебаний. Индуктивность Lоnначинает сказываться на картине процессов при значении более 1 – 5 мГн. Допускается выбирать величину этого параметра бесконечно малой или даже нулевой. Временные диаграммы тока и напряжения на диоде и тока и напряжения на нагрузке приведены на осциллограммах (рис. 5.2, в). Рекомендуется посмотреть и сравнить временные диаграммы процессов при различных сочетаниях параметров диода и нагрузки, не забывая каждый раз вновь запускать процесс моделирования.
, окно модели — через File/New/Model. Расположены окна на рабочем столе. В левой части окна обозревателя следует закрыть дерево Simulink,открыть дерево SimPowerSystemsи активировать строку дерева Electrical Sources(источники электрической энергии). В правой части окна обозревателя открывается раздел Electrical Sources.
