Особенности моделирования схем силовой электроники

Для моделирования устройств силовой электроники используются два метода:

Если внутренне сопротивление ключа имеет только активный характер (Ron > 0), а внутренняя индуктивность отсутствует (Lon = 0), то модель ключа рассматривается как часть линейной схемы. В процессе расчета, при изменении состояния ключей производится пересмотр топологии схемы и переопределение ее модели пространства-состояния. Этот метод всегда используется при наличии в схеме блоков Breaker и Ideal Switch, поскольку они не имеют внутренней индуктивности. Этот метод применяется также для блоков Diode и Thyristor, если для них задано Ron > 0 и Lon = 0, а также для блока Universal Bridge в том случае, если в качестве приборов моста выбраны GTO, MOSFET, IGBT или Ideal Switches (для этих устройств в составе моста - Lon = 0).

Если ключ содержит индуктивность (Diode и Thyristor с Lon > 0, IGBT, MOSFET или GTO), то он моделируется как нелинейный элемент на базе источника тока в цепи обратной связи линейной схемы, как показано на рисунке 6.2.

Пример

Для многих задач внутреннюю индуктивность ключей можно задать равной нулю. Однако для ряда задач необходимо задавать ненулевое значение индуктивности. На рисунке 6.3 показана модель трехфазного тиристорного преобразователя работающего на активно-индуктивную нагрузку. Если индуктивность Lon = 0, то в процессе коммутации, который происходит квазимгновенно, два тиристора моста шунтируют источник питания. Ток в таком контуре ограничивается только активными сопротивлениями самих тиристоров и сопротивлением источника. Поскольку эти сопротивления весьма малы (Ron = 0.01 Ом), ток в короткозамкнутом контуре достигает очень больших значений (более 7 кА).

Для исключения этого явления следует задавать конечное значение Lon. На рисунке 6.4 показаны осциллограммы для той же модели, но при Lon = 1 мкГн. Как видно из осциллограмм броски тока отсутствуют.

Пример (psbrectifier_ideal.zip, sys.zip)

Рисунок 6.3 – Модель трехфазного тиристорного преобразователя,

работающего на активно-индуктивную нагрузку

Рисунок 6.4 - Осциллограммы тока и напряжения трехфазного тиристорного преобразователя