Построение и моделирование составных и расширенных трехфазных моделей

В этом примере вы создаете и анализируете простую Simscape™ модель Electrical™, которая моделирует поведение трехфазного источника напряжения переменного тока, приводящего в действие чисто резистивную трехфазную нагрузку. Затем вы измените нагрузку в этой модели, чтобы изменить ее на:

Реактивная трехфазная нагрузка
Сопротивление трехфазной нагрузки расширилось на отдельные фазы
Расширенная трехфазная нагрузка, которая не имеет равного сопротивления в каждой фазе

Для завершенной начальной модели смотрите Простую Трехфазную Модель.

Выберите блоки системных компонентов и создайте резистивную трехфазную модель

Откройте Simulink^® Начальная страница. В MATLAB^® На вкладке Home нажмите кнопку Simulink . Кроме того, в командной строке введите:
```
simulink
```

В Simscape разделе найдите шаблоны, которые предварительно сконфигурированы для моделирования с Simscape Electrical. Выберите трехфазный шаблон Электрический. Модель, содержащая эти блоки, открывается в холсте Simulink.

Блок	Цель	Библиотека
Scope	Отобразите напряжения фазы и токи для трехфазной системы.	Simulink> Sinks
Electrical Reference	Обеспечьте заземление для электрических портов.	Simscape> Foundation Library> Electrical> Electrical Elements
PS-Simulink Converter	Преобразуйте физические сигналы в сигналы Simulink.	Simscape> Utilities
Simulink-PS Converter	Преобразуйте сигналы Simulink в физические сигналы.	Simscape> Utilities
Solver Configuration	Задайте настройки решателя, которые применяются ко всем блокам физического моделирования.	Simscape> Utilities
Grounded Neutral (Three-Phase)	Обеспечивает электрическое заземление для каждой фазы трехфазной системы.	Simscape> Electrical> Connectors & References
Line Voltage Sensor (Three-Phase)	Измерьте линейные напряжения трехфазной системы и выведите трехэлементный вектор физического сигнала.	Simscape> Electrical> Sensors & Transducers

Модель также содержит две ссылки, которые можно дважды щелкнуть, чтобы получить доступ к блокам из библиотек Simscape и Simscape Electrical. Для получения дополнительной информации об использовании шаблонов для моделирования с Simscape Electrical, смотрите Моделирование архитектуры аналоговых схем, Мехатронные системы и Системы электрической Степени с использованием Simscape Electrical.

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

Добавьте эти блоки к модели.

Блок	Цель	Библиотека
RLC (Three-Phase)	Моделируйте сопротивление, индуктивность и емкостные свойства трехфазной нагрузки.	Simscape> Electrical> Passive > RLC Assemblies
Current Sensor (Three-Phase)	Преобразуйте электрический ток, протекающий в каждой фазе трехфазной нагрузки, в физический сигнал, пропорциональный этому току.	Simscape> Electrical> Sensors & Transducers
Phase Voltage Sensor (Three-Phase)	Преобразуйте напряжение на каждой фазе трехфазной системы в физический сигнал, пропорциональный этому напряжению.	Simscape> Electrical> Sensors & Transducers
Voltage Source (Three-Phase)	Обеспечьте идеальный трехфазный источник напряжения, который поддерживает синусоидальное напряжение через свои выходные контакты, независимо от тока, протекающего в источнике.	Simscape> Electrical> Sources

Скопируйте PS-Simulink Converter и Grounded-Neutral (Three-Phase) блоки, щелкнув правой кнопкой мыши и перетащив их в новые местоположения на холсте.
Добавьте второй входной порт к блоку Scope.
1. Щелкните правой кнопкой мыши блок Scope.
2. В контекстном меню выберите Signals & Ports > Number of Input Ports > 2
Соедините блоки как показано на рисунке.
Удалите аннотации на холсте под названием Open Simscape Library и Open Simscape Electrical Library. Сохраните модель с помощью имени simplethreephasemodel.
Блоки в этой модели используют составные трехфазные порты. Для получения дополнительной информации см. раздел «Трехфазные порты».

Задайте параметры симуляции

Как и в случае с моделями Simscape, вы должны включать блок Solver Configuration в каждую топологически отличную физическую сеть. Эта модель имеет одну физическую сеть, поэтому используйте один Solver Configuration блок.

В блоке Solver Configuration выберите Use local solver и установите Sample time на 0.0001.
В моделях на основе Simscape локальный решатель является основанным на выборке решателем, который представляет состояния физической сети как дискретные состояния. Для большинства моделей Simscape Electrical локальный решатель является подходящим первым выбором. Решатель обновляет состояния блока один раз на временной шаг симуляции, как определяется Sample time. Для симуляции 60-Hz системы переменного тока подходящим шагом расчета является значение в порядке 1e-4. Для получения дополнительной информации об опциях решателя см. Solver Configuration.
Если вы предпочитаете использовать непрерывный решатель вместо дискретного решателя, снимите флажок Use local solver в блоке Solver Configuration. Затем в симуляции используется решатель Simulink, заданный в параметрах конфигурации модели (Modeling > Model Settings). Для моделей Simscape Electrical подходящим выбором решателя является умеренно жесткий решатель ode23t. Для системы переменного тока 60 Гц задайте значение для Max step size в порядке 1e-4. Для получения дополнительной информации смотрите Переменные-Шаги Непрерывные Явные Решатели.
В редакторе Simulink Editor установите Stop time симуляции равной 0.1.

Параметры импеданса нагрузки

Блок RLC моделирует сопротивление, индуктивность и емкостные характеристики трехфазной нагрузки. Используя параметр Component structure, можно задать последовательную или параллельную комбинацию 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 нагрузку, которая носит чисто резистивный характер. Сопротивление в каждой фазе 1 Ω.

Задайте параметры отображения

Блоки датчиков в модели преобразуют ток и напряжение в каждой фазе трехфазной системы в пропорциональные физические сигналы. PS-Simulink Converter блоки преобразуют физические сигналы в сигналы Simulink для блока Scope, который будет отображаться.

Из этих трех типов блоков только блоки конвертера имеют параметры. Для этого примера:
- Установите Output signal unit блока PS-Simulink Converter1 в V. Эта настройка гарантирует, что блок выводит сигнал с той же величиной, что и сигнал напряжения, который входит в него.
- Установите Output signal unit блока PS-Simulink Converter2 в A. Эта настройка гарантирует, что блок выводит сигнал с той же величиной, что и текущий сигнал, который входит в него.
Пометьте входные сигналы к блоку Scope. Дважды кликните каждую строку и введите соответствующую метку, Voltages или Currents, как показано на графике модели.

Вы готовы моделировать модель и анализировать результаты.

Моделируйте и анализируйте резистивную трехфазную модель

Сохраните модель.
Симулируйте модель.
Просмотрите токи и напряжения фазы. Дважды кликните Scope блок.
В меню scope выберите View > Configuration Properties. Установите Layout значение 1 на 2 отображения.
Чтобы масштабировать оси возможностей, нажмите кнопку Autoscale.

В этой симуляции параметр Component structure блока RLC (Three-Phase) задает, 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 составляет 1, величина напряжения фазы равна величине тока фазы.

Моделируйте и анализируйте реактивную трехфазную модель

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

Сохраните эту версию модели используя имя simplethreephasemodel_reactive.
В блоке RLC (Three-Phase) установите:
- Component structure с Series RL
- Inductance с 0.002
Симулируйте модель.
Просмотр результатов симуляции. Автоматическое масштабирование осей возможностей видимости.
Рассмотрим результаты более подробно. Например, нажмите кнопку «Масштабировать» и перетащите рамку на первую треть одного из графиков.

Электрические характеристики трехфазной нагрузки больше не являются чисто резистивными. Поскольку нагрузка имеет индуктивную характеристику, ток, протекающий в каждой фазе, задерживает напряжение.

Создайте расширенную сбалансированную трехфазную модель

Откройте трехфазную модель сопротивления simplethreephasemodel который вы первоначально создали.
Удалите RLC (Three-Phase) блок.
Перетащите две копии блока Phase Splitter в модель из библиотеки Simscape > Electrical > Connections & References.
Разверните один из блоков Phase Splitter горизонтально. Щелкните правой кнопкой мыши блок и выберите Rotate & Flip > Flip Block > Left-Right.
Перетащите элемент Resistor в модель из библиотеки Simscape > Foundation Library > Electrical > Electrical Elements.
Чтобы создать пространство для большего количества компонентов, скрыть метку Resistor элемента. Щелкните правой кнопкой мыши резистор и выберите Format > Show Block Name, чтобы удалить эту опцию.
Сделайте еще две копии элемента Resistor.
Соедините компоненты как показано на рисунке.
Сохраните эту версию измененной модели используя имя simplethreephasemodel_expanded_balanced.
Это имя модели отражает, что нагрузка, ранее смоделированная блоком RLC, теперь расширена на отдельные фазы. Нагрузка все еще сбалансирована, то есть в каждой фазе есть равное сопротивление.

Создайте расширенную несбалансированную трехфазную модель

Дисбаланс нагрузки в simplethreephasemodel_expanded_balanced путем изменения сопротивления в одной фазе. Дважды кликните элемент резистора фазы с. Измените Resistance на 2.
Сохраните эту версию измененной модели используя имя simplethreephasemodel_expanded_unbalanced.
Это имя модели отражает, что трехфазная нагрузка, ранее смоделированная блоком RLC, расширена на отдельные фазы. Нагрузка несбалансирована, то есть сопротивление в одной из фаз выше, чем в двух других.

Симулируйте расширенные сбалансированные и несбалансированные модели и анализируйте результаты

Симулируйте simplethreephasemodel_expanded_balanced модель. В панели меню Simulink Explorer нажмите кнопку Run.
Просмотр результатов симуляции. Дважды кликните Scope блок.
Чтобы масштабировать оси возможностей, нажмите кнопку Autoscale.
В simplethreephasemodel, параметр Component structure блока RLC (Three-Phase) задает, что трехфазная нагрузка является чисто резистивной. В этой версии модели нагрузка расширяется в индивидуума 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 А, величина напряжения фазы равна величине тока фазы.
Сравнение этих результатов с результатами для трехфазной модели сопротивления показывает, что блок с составными трехфазными портами, RLC (Three-Phase) блок в исходной модели, дает результаты с той же точностью, что и блок расширенных фаз.
Откройте simplethreephasemodel_expanded_unbalanced модель.
Симулируйте модель. Автоматическое масштабирование осей возможностей видимости.

В этой версии модели c-фаза трехфазной нагрузки имеет вдвое большее сопротивление двух других. Поэтому в этой фазе течет вдвое меньше тока, чем показывает второй график. Однако, поскольку нагрузка остается чисто резистивной, напряжение и ток остаются в фазе друг с другом.

Документация