Герман-Галкин С.Г. - Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.0, страница 3

1.2. Прикяаяные пакеты проектирования попупровояниковых систем эпектропривояа [8, 9, 10, 16, 17, 18, 22, 24, 361 Представим очень короткий обзор современных прикладных пакетов, которые могут быть использованы для проектирования полупроводникового элсктропривода. В первую очередь следует отметить пакет Ма!1.аЬ с широка развитыми дополнениями (Тоо!Ьохсз), из которых Тоо!Ъох бйпп!1пй наиболее приспособлен для анализа и синтеза различных систем.

Пакет б!пзп1!пк со своими дополненпямп — основной инструмент изучения различных элсктромсханичсскнх систем, используемый в данной монографии. Автор нс ветре~ил ни одной задачи, связанной с исследованием систем электропривода, которую нельзя было бы решить в этом пакете. Яшп!1пй предоставляет исследователю самые различные возможности, начиная от структурного (математнческого) представления системы и кончая гепсрнрованисм кодов для программирования микропроцессора в соответствии со структурной схемой модели. Компьютерное моделирование лолулроводниковых систем Компьютерные технологии проектирования Рис. 1.1.

Виртуальная модель энергосистемы в пакете ВилщглК хус, 1", Зупсвгопоиа яепегагог роннегеа Ьу Пуогаи11а спгмпе РО а нссКП ехаваг1оп апо яонегпог ауагепса паныа снск аа ва вага ви аман са1 гас ьасма Представленная на рис. 1.1 модель (файл рвЬ1пгЪ1пе из библиотеки Ро~нетс!етоз) наглядно дсмонстрируст уровень сложности задач, которые можно исследовать в пакете Яппи!Ьт)с. Это модель электромеханической системы мощностью 220 МВА, состоящей из гидро- турбины (блок НТО), синхронного генератора (блок БупсЬгопопв МасЬ!пс), трехфазного трансформатора (блок ТЬгее-РЬазе Тгапвтоппег) и различнопг вида нагрузок.

Система работает параллельно с энерго- сетью мощностью 10 000 МВА. Модель (рис. 1.1) позволяет исследовать переходныс и установившиеся режимы гидроэлектростанции с синхронным генератором, илсеющим систслсу управления возбуждениелг (блок Ехсйайоп Яуз!сш). Специально для решения задач проектирования электронных блоков систем электропривода в настоящее время также разработано значительное количество прикладных компьютерных пакетов. Рассмотрим подробнее структуру таких систем.

Такие электронные блоки включают в себя прежде всего силовой полупроводниковый преобразователь. Этот преобразователь может быть сконструирован либо из отдельных элементов (транзисторов, ди- с одов, тнристоров), либо из так называемых интеллектуальных моду- ' лей. В этих модулях кроме силовых транзисторов имеются предваритсльныс усилители для управления, элементы защиты силовых транзисторов, элементы гальванической развязки и т, д. Все эти схемы управления силовыми транзисторами называются драйверами. Электронные блоки в схемах обработки информации выполняют самые различные функции. Прежде всего это функции управления, включающие: формирование сигнала управления систсмой в зависимости от технических требований; формирование ограничений переменных состояния системы, например, напряжений, токов, ускорений, температуры и т.

д.; реализацию преобразований координат. Преобразователи неподвижных координат во вращающиеся и наоборот являются отличительной особенностью процессоров всех электроприводов, так как преобразование энергии в иих может осуществляться только при координатных преобразованиях. В электронном блоке, кроме того, осуществляется преобразование выработанного сигнала управления системой в сигналы управления полупроводниковыми приборами (транзисторами, тиристорами) силового преобразователя. Для исслсдования и проектирования электронных блоков хорошо зарекомендовали себя прикладныс пакеты, в основе которых использовался пакет Рвр)се. К этим пакетам относятся ОгСАО9 Кса!1вс, Оез1яЬпЕаЪ, %огЪепс!Ь Ссгсш! Мат1сег и др. !1б, 22], Для изучения и анализа несложных схем чрезвычайно привлекательным является пакет %откЪепсЬ, который по существу представляет собой виртуальную лабораторию с достаточно широкими возможностями.

На рис. 1.2 в качестве примера показана виртуальная лабораторная, установка для исследования операционного усилителя в пакете ЮогкЬепсЬ. На вход операционного усилителя АВ.1 подается синусоидальное напряжение с генератора (блок Рппсйоп Оспсга!ог, РО). Виртуальный осциллограф (блок Озс11!овсоре, Озс) позволяет наблюдать процессы на входе и выходе, а на экране виртуального измерителя частотных характеристик (блок Воде Р1оцсгс, ВР) построена частотная характеристика усилителя.

Пакет содержит достаточно обширную библиотеку различных электронных компонентов. а х Рис. 1.2. Модель и измерительные приборы в пакете Кто«КЬепсл Компьютерное моделирование полупроводниковых систем п«ти с«« ~ ь«юу««х«н$«~ ааР офка!е! те~в! Ф«~!.-"!щ."«[ч!3~%:3 Я а!х!«~ «~ 7!в!а1дщ Оз!и!и! е! и! 1 ч. Гораздо более широкими возможностями обладает пакет ОгСАО9, объединивший в себе возмох«ности анализа, синтеза, расчета и конструирования электронных схем и обладающий к тому же очень обширной библио~ской [более 200 тыс.) электронных компонентов. Этот пакет позволяет проводить самый глубокий анализ электронных блоков, осуществлять проектирование печатных плат для разработанной и исследованной элскгронной схемы, создавать управляющие файлы для фотоплоттеров. Дополненный специальными пакетами [РЫуп, Мах+р!пзП, ХАСТЗ!ср), пакет ОгСА0 позволяет синтезировать программируемые логические интегральные схемы [ПЛИС) типа А1!сга, Х!11пх и другие.

Рис. 1.3 иллюстрирует модель импульсного элсктропривода, созданную в пакстс ОгСАО. Компьютерные технологии проектирования Рис. 1.3. Модель импульсного злектропривода, созданная в пакете ОР САО Следует остановиться еще на одном пакете. Это пакет ТСА13, разработанный и достаточно широко используемый в Польше [361, не получил широкого распространения в мире, не очень удобен при исследовании полупроводниковых преобразователей и систем элсктропривода, На рис.

1«4 в качестве примера показан асинхронный элсктропривод в пакете ТСАО. Здесь короткозамкнутый виртуальный асинхронный двигатель подключен к виртуальному транзисторному инвсртору. Последний управляется от схемы управления (элскгронный блок), реализованной в виде набора структурных блоков. Завершая этот беглый обзор современных компьютерных технологий, следует подчеркнуть еще одну возможность решения проблем проектирования. Схема управления инвертором (например, как на рис.

14), может быть реализована на микропроцессоре. Возможность такой реализации предоставляет Тоо!Ьох пакета Ма!1.аЬ вЂ” Вса! Тппс 1Чот1«зЬор [8, 9). 1.3. Пакет МаФЕаЬ Компьютерное моделирование полупроводниковых систем с9оогггег-саде 'аббе!гоп гпаспме еорряеб оогп а то!саде-еогхсе ппелегхг!сп мпоеогба! ргнм Еааегб-опер!а!еб сопгго! (хт гесегепсе Ггагпе Веб го гье го!о! Оох! ЕЮ егобу оГ ерееб соп!го! абег егергх!се соапдео в гье !оаб !огдое Рис.

1.4. Асинхронный электропривод, спроектированный в пакете ТСАД Одна из основных проблем, на которую наталкивается исследователь полупроводникового электропривода, является проблема декомпозиции. Дело в том, что различные процессы в системе имеют разный масштаб времени. Например, переходные процессы в электромеханической части системы протекают в течение единиц — десятков секунд, а электромагнитные переходные процессы при переключении силовых транзисторов длятся микросекунды. Как видим, разница в длительности процессов здесь составляет девять порядков.

В настоящее время нет прикладных пакетов, которые позволили бы исследовать систему с одновременным учетом тех и других переходных процессов. Однако и тс, и другие оказывают сугцественное влияние на характеристики системы и должны быть учтены. Компьютерные технологии проектирования Решение этой проблемы базируется на разделении (декомпози- 1я, ции) системы в пространстве и во времени, с обоснованным выбо- ] рол! на каждом шаге определенной модели, а иногда и отдельного прикладного пакета. Задачи проектирования полупроводникового электропривода с достаточной точностью решаются в пакете Ма!ЬаЬ, 81пш!1п)с. Этол!у пакету и уделено основное внимание в данной монографии.