Создайте и симулируйте составной объект и расширенные трехфазные модели

В этом примере вы создаете и анализируете простую модель Simscape™ Electrical™, которая симулирует поведение трехфазного источника напряжения переменного тока, управляющего чисто резистивной трехфазной загрузкой. Вы затем изменяете загрузку в этой модели, чтобы изменить его в:

  • Реактивная трехфазная загрузка

  • Резистивная трехфазная загрузка расширена в отдельные фазы

  • Расширенная трехфазная загрузка, которая не имеет равного сопротивления в каждой фазе

Для завершенной первоначальной модели см. Простую Трехфазную Модель.

Выберите System Component Blocks и Build a Resistive Three-Phase Model

  1. Откройте начальную страницу Simulink®. Во вкладке Home MATLAB® нажмите кнопку Simulink . В качестве альтернативы в командной строке, введите:

    simulink

  2. В разделе Simscape найдите шаблоны, которые предварительно сконфигурированы для моделирования с Simscape Electrical. Выберите шаблон Electrical Three-Phase. Модель, которая содержит эти блоки, открывается в холсте Simulink.

    Блок

    		Цель

    Библиотека

    ScopeОтобразите напряжения фазы и токи для трехфазной системы.

    Simulink> Sinks

    Electrical ReferenceОбеспечьте заземление для электрических портов сохранения.

    Simscape> Foundation Library> Electrical> Electrical Elements

    PS-Simulink ConverterПреобразуйте физические сигналы в Сигналы Simulink.

    Simscape> Utilities

    Simulink-PS ConverterПреобразуйте Сигналы Simulink в физические сигналы.

    Simscape> Utilities

    Solver ConfigurationЗадайте настройки решателя, которые применяются ко всем физическим блокам моделирования.

    Simscape> Utilities

    Grounded Neutral (Three-Phase)Обеспечьте электрическое заземление для каждой фазы трехфазной системы.

    Simscape> Electrical> Connectors & References

    Line Voltage Sensor (Three-Phase)Измерьте линейные напряжения линии трехфазной системы и выведите трехэлементный вектор физического сигнала.

    Simscape> Electrical> Sensors & Transducers

    Модель также содержит две ссылки, которые можно дважды кликнуть, чтобы получить доступ к блокам из библиотек Simscape и Simscape Electrical. Для получения дополнительной информации об использовании шаблонов для моделирования с Simscape Electrical смотрите Архитектуры Аналоговой схемы Моделирования, Мехатронные Системы и Системы Электроэнергии Используя Simscape Electrical.

  3. Удалите блоки Line Voltage Sensor (Three-Phase) и Simulink-PS Converter .

  4. Добавьте эти блоки в модель.

    Блок

    		Цель

    Библиотека

    RLC (Three-Phase)Смоделируйте резистивные, индуктивные, и емкостные свойства трехфазной загрузки.

    Simscape> Electrical> Passive > RLC Assemblies

    Current Sensor (Three-Phase)Преобразуйте электрический ток, текущий в каждой фазе трехфазной загрузки в физический сигнал, пропорциональный тому току.

    Simscape> Electrical> Sensors & Transducers

    Phase Voltage Sensor (Three-Phase)Преобразуйте напряжение через каждую фазу трехфазной системы в физический сигнал, пропорциональный тому напряжению.

    Simscape> Electrical> Sensors & Transducers

    Voltage Source (Three-Phase)Обеспечьте идеальный трехфазный источник напряжения, который обеспечивает синусоидальное напряжение через его выходные терминалы, независимо от текущего течения в источнике.

    Simscape> Electrical> Sources

  5. Скопируйте PS-Simulink Converter и блоки Grounded-Neutral (Three-Phase) путем щелчка правой кнопкой по ним и перетаскивания их к новым местоположениям на холсте.

  6. Добавьте второй входной порт в блок Scope.

    1. Щелкните правой кнопкой по блоку Scope.

    2. Из контекстного меню выберите Signals & Ports> Number of Input Ports> 2

  7. Соедините блоки как показано.

  8. Удалите аннотации на холсте названная Открытая Библиотека Simscape и Откройте Библиотеку Simscape Electrical. Сохраните модель с помощью имени simplethreephasemodel.

    Блоки в этом использовании модели составляют трехфазные порты. Для получения дополнительной информации смотрите Трехфазные Порты.

Задайте параметры симуляции

Как с моделями Simscape, необходимо включать блок Solver Configuration в каждую топологически отличную физическую сеть. Эта модель имеет одну физическую сеть, так используйте один блок Solver Configuration.

  1. В блоке Solver Configuration выберите Use local solver и установите Sample time на 0.0001.

    В основанных на Simscape моделях локальный решатель является основанным на выборке решателем, который представляет состояния физической сети как дискретные состояния. Для большинства моделей Simscape Electrical локальный решатель является соответствующим предпочтительным вариантом. Решатель обновляет состояния блока однажды на шаг времени симуляции, как определено Sample time. Для симуляции системы AC на 60 Гц соответствующий шаг расчета является значением в порядке 1e-4. Для получения дополнительной информации об опциях решателя смотрите Solver Configuration.

    Если вы предпочитаете использовать непрерывный решатель вместо дискретного решателя, снимите флажок Use local solver в блоке Solver Configuration. Симуляция затем использует решатель Simulink, заданный в параметрах конфигурации модели (Modeling> Model Settings). Для моделей Simscape Electrical соответствующим выбором решателя является умеренно жесткий решатель ode23t. Для системы AC на 60 Гц задайте значение для Max step size в порядке 1e-4. Для получения дополнительной информации смотрите Переменный Шаг Непрерывные Явные Решатели.

  2. В Редакторе Simulink, набор симуляция Stop time к 0.1.

Загрузите параметры импеданса

Модели блока RLC резистивные, индуктивные, и емкостные характеристики трехфазной загрузки. Используя параметр Component structure, можно задать ряд или найти что-либо подобное комбинации сопротивления, индуктивности и емкости.

В блоке RLC значения по умолчанию:

  • Component structure — R.

  • Resistance — 1 Ω.

Используя значение Component structure по умолчанию, R, моделирует трехфазную загрузку, которая является чисто резистивной по своей природе. Сопротивлением в каждой фазе является 1 Ω.

Задайте параметры отображения

Датчик блокирует в преобразовании модели ток и напряжение в каждой фазе трехфазной системы к пропорциональным физическим сигналам. блоки PS-Simulink Converter преобразуют физические сигналы в Сигналы Simulink для блока Scope, чтобы отобразиться.

  1. Из этих трех типов блоков только блоки конвертера имеют параметры. Для этого примера:

    • Установите Output signal unit блока PS-Simulink Converter1 к V. Эта установка гарантирует, что блок выводит сигнал с той же величиной как сигнал напряжения, который вводит его.

    • Установите Output signal unit блока PS-Simulink Converter2 к A. Эта установка гарантирует, что блок выводит сигнал с той же величиной как текущий сигнал, который вводит его.

  2. Пометьте входные сигналы с блоком Scope. Дважды кликните каждую линию и введите соответствующую метку, Voltages или Currents, как показано в диаграмме модели.

Вы готовы симулировать модель и анализировать результаты.

Симулируйте и анализируйте резистивную трехфазную модель

  1. Сохраните модель.

  2. Симулируйте модель.

  3. Просмотрите токи фазы и напряжения. Дважды кликните блок Scope.

  4. В меню scope выберите View> Configuration Properties. Установите Layout 1 2 отображаться.

  5. Чтобы масштабировать оси осциллографа к данным, нажмите кнопку Autoscale.

В этой симуляции параметр Component structure блока RLC (Three-Phase) указывает, что электрические характеристики трехфазной загрузки являются чисто резистивными. Поэтому для каждой фазы трехфазной системы, напряжение и текущий остается в фазе друг с другом. Поскольку сопротивлением в каждой фазе является 1 Ω, величина напряжения фазы равна величине текущей фазы.

Симулируйте и анализируйте реактивную трехфазную модель

Можно изменить модель, чтобы создать реактивную нагрузку. Реактивная нагрузка имеет индуктивные или емкостные характеристики.

  1. Сохраните эту версию модели с помощью имени simplethreephasemodel_reactive.

  2. В блоке RLC (Three-Phase), наборе:

    • Component structure к Series RL

    • Inductance к 0.002

  3. Симулируйте модель.

  4. Просмотрите результаты симуляции. Автомасштабируйте оси осциллографа.

  5. Исследуйте результаты в более близких деталях. Например, нажмите кнопку Zoom и перетащите поле по первой трети одного из графиков.

    Электрические характеристики трехфазной загрузки являются больше чисто резистивными. Поскольку загрузка имеет индуктивную характеристику, текущее течение в каждой фазе изолирует напряжение.

Создайте расширенную сбалансированную трехфазную модель

  1. Откройте резистивную трехфазную модель simplethreephasemodel то, что вы первоначально создали.

  2. Удалите блок RLC (Three-Phase).

  3. Перетащите две копии блока Phase Splitter в модель из библиотеки Simscape> Electrical> Connections & References.

  4. Инвертируйте один из блоков Phase Splitter горизонтально. Щелкните правой кнопкой по блоку и выберите Rotate & Flip> Flip Block> Left-Right.

  5. Перетащите элемент Resistor в модель из библиотеки Simscape> Foundation Library> Electrical> Electrical Elements.

  6. Чтобы создать пространство для большего количества компонентов, скройте метку элемента Resistor. Щелкните правой кнопкой по резистору и выберите Format> Show Block Name, чтобы очистить эту опцию.

  7. Сделайте еще две копии элемента Resistor.

  8. Соедините компоненты как показано.

  9. Сохраните эту версию модифицированной модели с помощью имени simplethreephasemodel_expanded_balanced.

    Это имя модели отражает, что загрузка, ранее смоделированная блоком RLC, теперь расширена в отдельные фазы. Загрузка все еще сбалансирована, то есть, в каждой фазе существует равное сопротивление.

Создайте расширенную несбалансированную трехфазную модель

  1. Разбалансируйте загрузку в simplethreephasemodel_expanded_balanced путем изменения сопротивления в одной фазе. Дважды кликните элемент резистора фазы-c. Измените Resistance в 2.

  2. Сохраните эту версию модифицированной модели с помощью имени simplethreephasemodel_expanded_unbalanced.

    Это имя модели отражает, что трехфазная загрузка, ранее смоделированная блоком RLC, расширена в отдельные фазы. Загрузка является несбалансированной, то есть, сопротивление в одной из фаз выше, чем в других двух.

Симулируйте расширенные сбалансированные и несбалансированные модели и анализируйте результаты

  1. Симулируйте simplethreephasemodel_expanded_balanced модель. В панели меню Проводника Simulink нажмите кнопку Run.

  2. Просмотрите результаты симуляции. Дважды кликните блок Scope.

  3. Чтобы масштабировать оси осциллографа к данным, нажмите кнопку Autoscale.

    В simplethreephasemodel, параметр Component structure блока RLC (Three-Phase) указывает, что трехфазная загрузка является чисто резистивной. В этой версии модели загрузка расширена в отдельный резистивный элемент для каждой фазы, но сопротивление в каждой фазе неизменно. Для каждой фазы трехфазной системы напряжение и текущий остается в фазе друг с другом. Поскольку сопротивлением в каждой фазе является 1 Ω, величина напряжения фазы равна величине текущей фазы.

    Сравнение этих результатов результатами для трехфазной резистивной модели показывает, что блок с составными трехфазными портами, блок RLC (Three-Phase) в исходной модели, приводит к результатам с той же точностью как та из расширенных фаз.

  4. Откройте simplethreephasemodel_expanded_unbalanced модель.

  5. Симулируйте модель. Автомасштабируйте оси осциллографа.

    В этой версии модели c-фаза трехфазной загрузки имеет дважды сопротивление других двух. Поэтому вдвое меньше электрических токов в той фазе, чем второй график показывает. Однако, потому что загрузка остается чисто резистивной, напряжение и текущий остаются в фазе друг с другом.

Похожие темы

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте