Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи. Дана лабораторна робота присвячена дослідженню однофазного керованого двопівперіодного випрямляча

Дана лабораторна робота присвячена дослідженню однофазного керованого двопівперіодного випрямляча. Електрична схема пристрою наведена на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 – Схема двопівперіодного керованого випрямляча

Рисунок 3.2 – Схема моделі для дослідження

Рисунок 3.2 – Схема підсистеми керування

Таблиця 3.1 – Опис використаних блоків

Блок	Бібліотека	Призначення та параметри
	SimPowerSystems\ Electrical Sources\ AC Voltage Source	Блок, представляє собою джерело змінної напруги заданої амплітуди і частоти. Параметрами для блока є: 1. Амплітудне значення напруги (Peak amplitude) = 310; 2. Фаза (Phase) = 0; 3. Частота (Frequency) = 50; 4. Sample Time = 2e-4;
	SimPowerSystems\ Measurements\ Current Measurement	Блок, призначений для вимірювання струму. Параметрів для редагування не має. Входи + і – підключаються до електричного кола (послідовно), вихід «і» - інформаційний, несе сигнал про величину струму у колі.
	SimPowerSystems\ Elements\ Linear Transformer	Моделює силовий трансформатор в схемі. Параметрами елемента є: номінальна потужність (Nominal Power) = 5e3; номінальна частота (Nominal Frequency) = 50; параметри первинної обмотки (Winding 1 parameters) V1 = 220 R1 = 0.2 L1 = 0; параметри вторинної обмотки (Winding 2 parameters) V2 – згідно завдання свого варіанту R2 = 0.2 L2 = 0; триобмотковий трансформатор (Three windings transformer) – не вибрано; опір та індуктивність намагнічування (Magnetization resistance and reactance) Rm = Lm = 500; Вимірювані величини (Measurements) – будь-яке значення.
	SimPowerSystems\ Measurements\ Voltage Measurement	Блок, призначений для вимірювання напруги. Параметрів для редагування не має. Входи + і – підключаються до електричного кола (паралельно), вихід «V» - інформаційний, несе сигнал про величину напруги у колі.
	Simulink\ Sources\ Constant	Блок, на виході якого на протязі симуляції є постійний сигнал заданої величини. Параметрами блоку є значення виходу (Constant Value); Передавати вихід як одновимірний (Interpret vector parameters as 1-D) – вибрано. У моделі використовуються 3 блоки констант: 1. Блок в основній моделі слугує для завдання кута керування (виражається у % від довжини періоду частоти промислової мережі). Змінюючи цей параметр змінюється кут керування перетворювачем. 2. ControlSystem\Constant – слугує для формування входу інтегратора, а відповідно – формування пилоподібної напруги. Constant Value = 10000. 3. ControlSystem\Constant1 – слугує для видачі нульового сигналу керування на всі тиристори при перемиканні. Constant Value = 0.
	Simulink\ Sources\ Repeating Sequence	Джерело, на виході якого формується періодичний сигнал, один період якого задається по точках. Використовується для побудови регулювальних характеристик перетворювача. Параметрами блоку є: Моменти часу (Time Values) = [0 0.05 0.3]; Вихідні значення (Output Values) = [0 0 100]. Блок організує початкову витримку для завершення перехідного процесу в системі, а потім лінійно змінює величину кута керування.
	Simulink\ Signal Routing\ Manual Switch	Блок, що дозволяє підключати до вихідного порту один із двох вхідних. Переключення відбувається після подвійного кліку миші на цьому блоці.
	SimPowerSystems\ Power Electronics\ Universal Bridge	Блок, що моделює мостову схему. Параметрами для блока є: кількість плечей у мості (Number of bridge arms) = 2; конфігурація елемента (Port configuration) = ABC as input terminals; опір паралельного елемента (Snubber resistance Rs) = 1е5; ємність паралельного елемента (Snubber Capacitance) = 1e-6; тип напівпровідників (Power electronic Device) = Thyristors; прямий опір (Ron) = 0.1; індуктивність (Lon) = 0; пряме падіння напруги (Forward voltage) = 0.8; Вимірювані величини (Measurements) – будь-яке значення. Блок має додатковий вхід для керування напівпровідниковими елементами. Сигнали на відкривання всіх тиристорів поєднуються разом і подаються через цей порт.
	SimPowerSystems\ Extra Library\ Measurements\ Fourier	Блок призначений для аналізу сигналу. В параметрах блока можна обрати базову частоту (Fundamental frequency f1) та номер гармоніки (Harmonic). В моделі використовуються 3 таких блоки: 1. Fourier I1 – для аналізу вхідної напруги. Частота – 50 Гц, 1 гармоніка. 2. Fourier IO – для аналізу постійної складової вихідного струму Id. Частота 300 Гц, гармоніка 0 (постійний струм). 3. Fourier UO – для аналізу постійної складової вихідної напруги Ud. Частота 300 Гц, гармоніка 0 (постійний струм).
	Simulink\ Signal Routing\ Mux	Блок, що використовується для поєднання кількох сигналів для спільного виводу. Параметром блоку є кількість вхідних величин Number of Inputs.
	Simulink\ Sinks\ Display	Блок, призначений для виводу миттєвих значень сигналу. Параметрами блоку є вибірка (Decimation) = 1 і Sample Time = 2e-4. Блок виводить поточні значення під час симуляції, а після її закінчення – останні за час симуляції. У роботі використовуються 2 блоки: Display1: для виводу амплітудного значення та фази вхідного струму. Display: для виводу постійної складової вихідного струму, постійної складової вихідної напруги.
	SimPowerSystems\ Connectors\Ground (Input) або SimPowerSystems\ Connectors\Ground (Output)	Приєднання до заземлення. Використовуються блоки з входом або виходом, залежно від того, до якого блоку має бути приєднано заземлення.
	SimPowerSystems\ Connectors\ Bus Bar	Блок, призначений для поєднання окремих елементів в один електричний ланцюг. Параметрами цього блока є кількість входів (Number of inputs) і виходів (Number of outputs).
	SimPowerSystems\ Elements\ Series RLC Branch	Блок, що включає послідовно ввімкнені резистор, індуктивність та ємність. Параметрами цього блоку є: Активна складова (Resistance); Індуктивність (Inductance); Ємність (Capacitance) = inf. Параметри опору і індуктивності вибираються згідно свого варіанту завдання.
	SimPowerSystems\ Power Electronics\ Diode	Блок, що відповідає напівпровідниковому елементу – діоду. В даному випадку, цей елемент є нульовим діодом. Параметри блока: прямий опір (Resistance Ron) = 1; індуктивність (Inductance) = 0,1е-6; пряме падіння напруги (Forward Voltage) = 0.8; початковий струм (Initial Current) = 0; опір паралельного елемента (Snubber resistance Rs) = 1000; ємність паралельного елемента (Snubber Capacitance) = 0.01e-6.
	Simulink\ Sinks\ Scope	Блок, призначений для виводу графічної інформації.
	Simulink\ Sources\ In1	Блок, що відповідає входу підсистеми. Параметри блоку: Номер порту (Port Number) – автоматично проставляється системою при додаванні нових блоків. Параметри Розмірність порту (Port Dimensions) та дискретний час (Sample Time) приймають рівними -1. Слід звернути увагу, щоб номера портів чітко відповідали необхідним вхідним сигналам підсистеми.
	Simulink\ Discontinuous\ Hit Crossing	Блок, на виході якого формується короткий імпульс при переході вхідного сигналу через певний рівень. В системі використовується для формування імпульсів в точках природної комутації вентилів. Параметри блоку: Рівень, перетин якого контролюється (Hit crossing offset) = 0; Напрям перетину (Hit crossing detection) – either; Показувати вихідний порт (Show output port) – вибрано; Використовувати аналіз перетину нуля (Enable zero crossing detection) – вибрано.
	Simulink\ Continuous\ Integrator	Блок, що здійснює операцію інтегрування. В системі використовується в якості джерела пилоподібної напруги (інтегрування константи). Параметрами блоку є: Зовнішнє скидання (External reset) – rising; Джерело початкового стану інтегратора (Initial Condition Source) – internal; Початкове значення (Initial Condition) = 0; Обмежувати вихід (Limit output) – не вибрано; Показувати порт обмеження (Show Saturation port) – не вибрано; Показувати порт стану (Show state port) – не вибрано; Точність (Absolute tolerance) = 2е-4; Використовувати аналіз перетину нуля (Enable zero crossing detection) – вибрано.
	Simulink\ Math Operations\ Sum	Блок знаходження суми (різниці) сигналів. Параметрами блоку є: Представлення блоку (Icon shape) – Rectangular; Перелік операцій (List of signs) – -+.
	Simulink\ Discontinuous\ Relay	Блок, який моделює гістерезис вмикання і вимикання. Параметрами блоку є: Величина входу, при якій відбувається вмикання (Switch on point) = 0.1; величина входу, при якій відбувається вимикання (Switch off point) = -0.1; вихід при ввімкненому стані (Output when on) = 1; вихід при вимкненому стані (Output when off) = 0.
	Simulink\ Signal Routing\ Manual Switch	Блок, що дозволяє підключати до вихідного порту один із двох вхідних. Переключення відбувається при виконанні умови, закладеної в блок. Параметрами блоку є: Умова проходження першого входу (Criteria for passing first input) – u2>=Threshold; Заданий рівень (Threshold) = 1.
	Simulink\ Math Operations\ Gain	Помножує сигнал на константу. Параметри блоку: константа, на яку відбувається множення (Gain) = -1; Тип множення (Multiplication) – Element-wise(K.*u).
	Simulink\ Sinks\ Out1	Блок, що відповідає виходу підсистеми. Параметри блоку: Номер порту (Port Number) – автоматично проставляється системою при додаванні нових блоків. Слід звернути увагу, щоб номера портів чітко відповідали необхідним вихідним сигналам підсистеми.
	Simulink\ Sinks\ To Workspace	Блок, призначений для завдання масиву або структури, в MATLAB головної робочої області.

При виконанні роботи необхідно наводити вид кривих вихідної напруги і струму, а також регулювальні характеристики. Регулювальна характеристика перетворювача представляє собою залежність вихідної напруги від кута керування. Для зняття такої характеристики можна скористатись як засобами програмного пакету, так і отримати в ручному режимі. Для роботи в ручному режимі слід задавати почергово різні значення кута керування та фіксувати вихідну напругу, по отриманих точках можна побудувати бажану характеристику. Для того, щоб скористатись програмним пакетом, треба в бажаному режимі роботи (тип навантаги і наявність нульового діода) переключити завдання з константи на змінне і отримати ряд даних про кут керування і про вихідну напругу за допомогою блоків Scope та побудувати бажаний графік.

Для відключення нульового діода як і раніше необхідно від’єднати його від схеми.

В роботі необхідним є підбір так званого критичного кута керування, при якому спостерігається граничний режим перед режимом переривчастих струмів. Цей режим характеризується тим, що струм встигає знизитись до нуля. Для підбору необхідного кута необхідно поступово підвищувати кут керування, доки струм не почне досягати нульових значень. Зафіксувавши величину постійної напруги і струму можна розрахувати величину параметрів навантаги, користуючись наступними співвідношеннями:

В таблиці наведено перелік та параметри складових бло

Рекомендовані параметри моделювання: