В этом примере создается и анализируется простая модель Simscape™ Electrical™, которая моделирует поведение трехфазного источника переменного напряжения, приводящего в действие чисто резистивную трехфазную нагрузку. Затем необходимо изменить нагрузку в этой модели, чтобы изменить ее на:
Реактивная трехфазная нагрузка
Резистивная трехфазная нагрузка, расширенная на отдельные фазы
Расширенная трехфазная нагрузка, не имеющая одинакового сопротивления в каждой фазе
Завершенную начальную модель см. в разделе Простая трехфазная модель.
Откройте страницу Запуск Simulink ®. На вкладке Главная страница MATLAB ® нажмите кнопку Simulink. Либо в командной строке введите:
simulink
В разделе Simscape найдите шаблоны, предварительно настроенные для моделирования с помощью Simscape Electrical. Выберите трехфазный шаблон Electrical (Electrical). Модель, содержащая эти блоки, открывается в холсте Simulink.
Блок | Цель | Библиотека |
|---|---|---|
| Объем | Отображение фазных напряжений и токов для трехфазной системы. | Simulink > Раковины |
| Эталонное электрическое оборудование | Обеспечьте заземление для электрических консервационных портов. | Simscape > Библиотека фундаментов > Electrical > Electrical Elements |
| Преобразователь PS-Simulink | Преобразуйте физические сигналы в сигналы Simulink. | Simscape > Утилиты |
| Конвертер Simulink-PS | Преобразование сигналов Simulink в физические сигналы. | Simscape > Утилиты |
| Конфигурация решателя | Определите параметры решателя, которые применяются ко всем блокам физического моделирования. | Simscape > Утилиты |
| Заземленная нейтраль (трехфазная) | Предусмотреть электрическое заземление для каждой фазы трехфазной системы. | Simscape > Electrical > Соединители и ссылки |
| Линейный датчик напряжения (трехфазный) | Измерьте линейные напряжения трехфазной системы и выведите трехэлементный вектор физического сигнала. | Simscape > Electrical > Датчики и преобразователи |
Модель также содержит две ссылки, которые можно дважды щелкнуть для доступа к блокам из библиотек Simscape и Simscape Electrical. Дополнительные сведения об использовании шаблонов для моделирования с помощью Simscape Electrical см. в разделах Моделирование аналоговых архитектур цепей, мехатронных систем и электроэнергетических систем с помощью Simscape Electrical.
Удалите блоки преобразователя Simulink-PS и датчика напряжения линии (трехфазный).
Добавьте эти блоки в модель.
Блок | Цель | Библиотека |
|---|---|---|
| RLC (трехфазный) | Моделирование резистивных, индуктивных и емкостных свойств трехфазной нагрузки. | Simscape > Electrical > Passive > Сборки RLC |
| Датчик тока (трехфазный) | Преобразуйте электрический ток, протекающий в каждой фазе трехфазной нагрузки, в физический сигнал, пропорциональный этому току. | Simscape > Electrical > Датчики и преобразователи |
| Фазовый датчик напряжения (трехфазный) | Преобразуйте напряжение на каждой фазе трехфазной системы в физический сигнал, пропорциональный этому напряжению. | Simscape > Electrical > Датчики и преобразователи |
| Источник напряжения (трехфазный) | Обеспечить идеальный трехфазный источник напряжения, который поддерживает синусоидальное напряжение на своих выходных клеммах, независимо от тока, протекающего в источнике. | Simscape > Электрооборудование > Источники |
Скопируйте блоки PS-Simulink Converter и Grounded-Neutral (трехфазные), щелкнув их правой кнопкой мыши и перетащив в новые расположения на холсте.
Добавьте второй входной порт в блок Scope.
Щелкните правой кнопкой мыши на блоке «Область».
В контекстном меню выберите «Сигналы и порты» > «Количество входных портов» > 2
Подключите блоки, как показано на рисунке.
Удалите на холсте аннотации с названиями «Открыть библиотеку Simscape» и «Открыть библиотеку Simscape Electrical». Сохранение модели с использованием имени simplethreephasemodel.
Блоки в этой модели используют составные трехфазные порты. Дополнительные сведения см. в разделе Трехфазные порты.
Как и в моделях Simscape, необходимо включить блок конфигурации решателя в каждую топологически отличную физическую сеть. Эта модель имеет единую физическую сеть, поэтому используйте один блок конфигурации решателя.
В блоке Конфигурация решателя (Solver Configuration) выберите Использовать локальный решатель (Use local solver) и задайте для параметра Время выборки (Sample time) значение 0.0001.
В моделях на основе Simscape локальный решатель - это решатель на основе образцов, который представляет физические сетевые состояния как дискретные состояния. Для большинства моделей Simscape Electrical локальный решатель является подходящим первым выбором. Решатель обновляет состояния блоков один раз за шаг времени моделирования, как определено параметром Sample time. Для моделирования системы 60-Hz AC подходящим временем выборки является значение в порядке 1e-4. Дополнительные сведения о параметрах решателя см. в разделе Конфигурация решателя.
Если вместо дискретного решателя предпочитается использовать непрерывный решатель, снимите флажок Использовать локальный решатель (Use local solver) в блоке Конфигурация решателя (Solver Configuration). Затем при моделировании используется решатель Simulink, указанный в параметрах конфигурации модели (Modeling > Model Settings). Для моделей Simscape Electrical подходящим выбором решателя является умеренно жесткий решатель ode23t. Для системы 60 Гц переменного тока укажите значение для максимального размера шага в порядке 1e-4. Дополнительные сведения см. в разделе Решатели непрерывного явного решения с переменным шагом.
В редакторе Simulink установите для параметра simulation Stop time значение 0.1.
Блок RLC моделирует резистивные, индуктивные и емкостные характеристики трехфазной нагрузки. С помощью параметра Структура компонента (Component structure) можно задать последовательную или параллельную комбинацию сопротивления, индуктивности и емкости.
В блоке RLC по умолчанию используются следующие значения:
Структура компонента - R.
Сопротивление - 1 Ω.
Используя значение структуры компонента по умолчанию, R, моделирует трехфазную нагрузку, которая носит чисто резистивный характер. Сопротивление в каждой фазе составляет 1 Ω.
Блоки датчиков в модели преобразуют ток и напряжение в каждой фазе трехфазной системы в пропорциональные физические сигналы. Блоки преобразователя PS-Simulink преобразуют физические сигналы в сигналы Simulink для отображения блока Scope.
Из этих трех типов блоков только блоки преобразователя имеют параметры. Для этого примера:
Установка блока выходного сигнала блока Converter1 PS-Simulink в V. Эта настройка гарантирует, что блок выдаст сигнал с той же величиной, что и поступающий в него сигнал напряжения.
Установка блока выходного сигнала блока Converter2 PS-Simulink в A. Эта настройка гарантирует, что блок выводит сигнал с той же величиной, что и текущий сигнал, который входит в него.
Маркируйте входные сигналы в блоке Scope. Дважды щелкните каждую строку и введите соответствующую метку. Voltages или Currents, как показано на рисунке модели.
Вы готовы к моделированию модели и анализу результатов.
Сохраните модель.
Моделирование модели.
Просмотрите фазовые токи и напряжения. Дважды щелкните на блоке «Область».
В меню области выберите View > Configuration Properties. Установите для параметра Layout значение 1 на 2.
Для масштабирования осей области по данным нажмите кнопку Autoscale.
В этом моделировании параметр структуры компонента блока RLC (трехфазный) указывает, что электрические характеристики трехфазной нагрузки являются чисто резистивными. Поэтому для каждой фазы трехфазной системы напряжение и ток остаются в фазе друг с другом. Поскольку сопротивление в каждой фазе равно 1 Ом, величина напряжения фазы равна величине тока фазы.
Модель можно изменить для создания реактивной нагрузки. Реактивная нагрузка имеет индуктивные или емкостные характеристики.
Сохранение этой версии модели с использованием имени simplethreephasemodel_reactive.
В блоке RLC (трехфазный) установите:
Структура компонента в Series RL
Индуктивность к 0.002
Моделирование модели.
Просмотр результатов моделирования. Автоматически масштабировать оси области.
Изучите результаты более подробно. Например, нажмите кнопку «Зумирование
» и перетащите рамку на первую треть одного из графиков.
Электрические характеристики трехфазной нагрузки уже не являются чисто резистивными. Поскольку нагрузка имеет индуктивную характеристику, ток, протекающий в каждой фазе, задерживает напряжение.
Открытие резистивной трехфазной модели simplethreephasemodel , который вы изначально создали.
Удалите блок RLC (трехфазный).
Перетащите две копии блока разделителя фаз в модель из библиотеки Simscape > Electrical > Connections & References.
Развернуть один из блоков разделителя фаз по горизонтали. Щелкните правой кнопкой мыши блок и выберите «Повернуть и развернуть» > «Развернуть блок» > «Слева-справа».
Перетащите элемент резистора в модель из библиотеки Simscape > Foundation Library > Electrical > Electrical Elements.
Чтобы создать пространство для дополнительных компонентов, скройте метку элемента Резистор. Щелкните правой кнопкой мыши резистор и выберите «Формат» > «Показать имя блока», чтобы снять этот флажок.
Сделайте еще две копии резисторного элемента.
Подключите компоненты, как показано на рисунке.
Сохранение этой версии измененной модели с использованием имени simplethreephasemodel_expanded_balanced.
Это имя модели отражает, что нагрузка, ранее смоделированная блоком RLC, теперь расширена на отдельные фазы. Нагрузка ещё сбалансирована, то есть в каждой фазе имеется равное сопротивление.
Разбалансировка нагрузки в simplethreephasemodel_expanded_balanced путем изменения сопротивления в одной фазе. Дважды щелкните элемент фазорезистора. Изменение сопротивления 2.
Сохранение этой версии измененной модели с использованием имени simplethreephasemodel_expanded_unbalanced.
Это имя модели отражает, что трехфазная нагрузка, ранее смоделированная блоком RLC, расширяется на отдельные фазы. Нагрузка несбалансирована, то есть сопротивление в одной из фаз выше, чем в двух других.
Моделирование simplethreephasemodel_expanded_balanced модель. В строке меню Simulink Explorer нажмите кнопку «Выполнить».
Просмотр результатов моделирования. Дважды щелкните на блоке «Область».
Для масштабирования осей области по данным нажмите кнопку Autoscale.
В simplethreephasemodel, параметр Component structure блока RLC (трехфазная) указывает, что трехфазная нагрузка является чисто резистивной. В этой версии модели нагрузка расширяется на отдельный резистивный элемент для каждой фазы, но сопротивление в каждой фазе остается неизменным. Для каждой фазы трехфазной системы напряжение и ток остаются в фазе друг с другом. Потому что сопротивление в каждой фазе 1 Λ, величина фазового напряжения равна величине фазового тока.
Сравнение этих результатов с результатами для трехфазной резистивной модели показывает, что блок с составными трехфазными портами, блок RLC (трехфазный) в исходной модели, дает результаты с той же точностью, что и у расширенных фаз.
Откройте окно simplethreephasemodel_expanded_unbalanced модель.
Моделирование модели. Автоматически масштабировать оси области.
В этой версии модели c-фаза трехфазной нагрузки имеет в два раза большее сопротивление, чем у двух других. Поэтому на этой фазе течет вдвое меньше тока, как показывает второй график. Однако, поскольку нагрузка остается чисто резистивной, напряжение и ток остаются в фазе друг с другом.