Технические науки / 6.Электротехника и радиоэлектроника.

к.т.н. Черных А.Г., Грехов С.В., Бураев А.Э.

Иркутский государственный аграрный университет, Россия

РАСЧЕТ ЦЕПЕЙ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ MATLAB-SIMULINK НА ПРИМЕРЕ .MDL ФАЙЛА

Виртуальный практикум дисциплины ТОЭ с использованием программной среде Matlab-Simulink позволяет существенно облегчить решении самостоятельных расчетно-графических работ по соответствующим разделам курса, включая раздел «Однофазные цепи синусоидального тока».

В качестве примера рассмотрим расчет последовательно-параллельной электрической цепи переменного тока подключенной к источнику синусоидального напряжения (рис. 1).

По условиям задачи, рассматриваемую цепь необходимо решить, используя символический метод расчета, а именно, определить токи в ветвях схемы, а так же активную, реактивную и полную мощности на соответствующих участках.

Схема модели электрической цепи (рис. 1) полученная с использованием среды MatLab-SIMULINK представлена на рис. 2.

Для удобства представления модель, представленная на рис. 2 содержит ряд подсистем.

Подсистема это фрагмент Simulink-модели, оформленный в виде отдельного блока. Использование подсистем при составлении модели позволяет:

1. Уменьшить количество одновременно отображаемых блоков на экране, что облегчает восприятие модели (в идеале модель полностью должна отображаться на экране монитора).

2. Создавать и отлаживать фрагменты модели по отдельности, что повышает технологичность создания модели.

3. Создавать собственные библиотеки.

4. Синхронизировать параллельно работающие подсистемы.

5. Включать в модель собственные справочные средства.

6. Связывать подсистему с каким-либо  m-файлом, обеспечивая запуск

этого файла при открытии подсистемы (нестандартное открытие подсистемы).

Связь подсистемы с моделью выполняется с помощью входных (блок Inport библиотеки Sources) и выходных (блок  Outport  библиотеки  Sinks) портов. Переименование блоков  Inport или  Outport  позволяет изменить метки портов, отображаемые на пиктограмме подсистемы со стандартных (In и Out) на те, которые нужны пользователю.

Для создания в модели подсистемы можно воспользоваться двумя способами:

1. Скопировать нужную подсистему из библиотеки Subsystem в модель.

2. Выделить с помощью мыши нужный фрагмент модели и выполнить команду Create Subsystem из меню Edit окна модели. Выделенный фрагмент будет помещен в подсистему, а входы и выходы подсистемы будут снабжены соответствующими портами. Данный способ позволяет создать виртуальную неуправляемую подсистему. В дальнейшем, если это необходимо, можно сделать подсистему монолитной, изменив ее параметры, или управляемой, добавив управляющий элемент из нужной подсистемы находящейся в библиотеке. Отменить группировку блоков в подсистему можно командой Undo.

Окно параметров для Subsystem 1¸ 3 (рис. 2), с учетом исходных данных, имеет вид

Соответственно для Subsystem 4 ¸ 8 окно параметров следующее

Модель (рис. 2) содержит источник синусоидального напряжения AC Voltage Source U. Нагрузку: Series RLC Branch – цепи RL, R1L1C1 и R2L2C2. Вольтметры: Voltage Measurement – u31 и u12 (см. рис. 2). Амперметры: Current Measurement – i в цепи RL; – i1 в цепи R1L1C1; – i2 в цепи R2L2C2.

Блоки Subsystem 1¸3 служат для вычисления полной (Magnitude), активной (Real) и реактивной (Imag) мощностей на соответствующих участак схемы, а также угла (Angle) сдвига фаз между током и напряжением. Например для учаска 31: S31 – полная мощность на участке; P31 – активная мощность на участке; Q31 – реактивная мощность на участке; angle31 – угола сдвига фаз между током и напряжением на участке.

Блок Subsystem 4 служит для вычислени комплекса действующего значения (Magnitude) напряжения U12, его активной (Real) составляющей U12Re и реактивной (Imag) составляющей U12Im, а также угла (Angle) сдвига фаз между током и напряжением angleU12. Блок Subsystem 6 служит для вычислени комплекса действующего значения (Magnitude) напряжения U31, его активной (Real) составляющей U31Re и реактивной (Imag) составляющей U31Im, а также угла (Angle) сдвига фаз между током и напряжением angleU31.

Блок Subsystem 5 служит для вычислени комплекса действующего значения (Magnitude) тока I, его активной (Real) составляющей IRe и реактивной (Imag) составляющей IIm, а также угла (Angle) сдвига фаз между током и напряжением angleI. Блок Subsystem 7 служит для вычислени комплекса действующего значения (Magnitude) тока I1, его активной (Real) составляющей I1Re и реактивной (Imag) составляющей I1Im, а также угла (Angle) сдвига фаз между током и напряжением angleI1. Блок Subsystem 8 служит для вычислени комплекса действующего значения (Magnitude) тока I2, его активной (Real) составляющей I2Re и реактивной (Imag) составляющей I2Im, а также угла (Angle) сдвига фаз между током и напряжением angleI2.

Вывод: представленный выше материал способствует приобретению студентами практических навыков при проведении компьютерных расчетов в программной среде Matlab-Simulink с использованием виртуальных пакетов Simulink и Power System Blockset на примере расчетной цепи однофазного синусоидального тока с использованием .mdl файла

Литература:

1. Общая электротехника / Под ред. А.Т. Блажкина. – Л.: Энергоатомиздат. 1986. – 592 с.

2. Общая электротехника Ю.М. Борисов и др. – М.: Энегоатомиздат. 1985.

3. Электротехника: практикум / Учебное пособие // А.Г. Черных – Иркутск: ИрГСХА , 2009. – 202 с.

4. Электротехника и основы электроники: практикум по дисциплине: учебное пособие / А.Г. Черных – Иркутск: ИрГСХА , 2010. – 272 с.