Modelowanie układów energoelektronicznych

Transkrypt

1 Modelowanie układów energoelektronicznych MODELOWANIE I SYMULACJE SYSTEMÓW ELEKTROMECHANICZNYCH Piotr Musznicki 15 maja 2012

2 Plan wykładu 1 Wstęp 2 Typy modeli i ich zastosowanie 3 Przekształtniki energoelektroniczne AC/DC stosowane w mechatronice 4 Modele przekształtników energoelektronicznych stosowanych jako źródło napięcia stałego 5 Modele szerokopasmowe

3 Typy modeli

4 Model systemowy modeluje tylko podstawową funkcje modelu nie uwzględnia zjawisk zachodzących w modelu stabilny numerycznie nie zależą on parametrów zewnętrznych Control to Voltage var2v + -

5 Model funkcjonalny modeluje podstawową funkcje modelu oraz wybrane zjawiska towarzyszące nie uwzględnia zjawisk zachodzących w modelu, ale pokazują wpływ tych zjawisk na zewnątrz zazwyczaj stabilny numerycznie mogą być zależne od parametrów zewnętrznych vin vl buckbstavg_cd vc vo gnd isense

6 12 LOGIC_4 CLOCK freq:100k clock_l4_2 4m conv_d2var L mos d s Control to Voltage n rg 1m r6 Model behawioralny modeluje podstawowe zjawiska zachodzące w układzie zbudowany z elementów wyidealizowanych bywa niestabilny numerycznie wyniki i stabilność zależą od parametrów zewnętrznych i wewnętrznych d2var

7 Model elementarny - szerkopasmowy modeluje podstawowe zjawiska zachodzące w układzie uwzględniając wszystkie znane zjawiska w układzie i wewnątrz elementów zbudowany z modeli złożonych stabilny w wąski zakresie wyniki i stabilność zależą od parametrów zewnętrznych i wewnętrznych

8 Model elementarny - szerkopasmowy 260u 10n L Cl Rl c13 220n r u r11 50 c12 10n mos d r6 r u r u 0.5u s 1u 1m 10n c14 220n 260u 10n conv_d2var r k LOGIC_4 CLOCK d2var + Control to Voltage - 15 A B CF D D4 r17

9 Wybór modelu Kompromis Wybór modelu to kompromis pomiędzy zadaniami jakie stawiamy symulacji, złożonością modelu, możliwością określenia parametrów, stabilnością oraz czasem obliczeń.

10 Prostownik diodowy D 1 iua i D1 D 2 D 3 i d AC u A u B u C u D1 R u D 2 D 4 D 6 U d(av) = 2U m π U d(av) = 3 3U m π

11 Przekształtniki DC/DC tryb pracy ciągłej E u L i K K i L L i O D C R O u O i D U O = γe E i K K γ i L i D L u L D C ic i O R O u O U O = 1 1 γ E U O = γ 1 γ E

12 Przekształtniki DC/DC i n1 i n2 u D D ic i O E u 1 n 1 n u 2 2 C R O u O u K γ K U O = n γ 2 n 1 1 γ E i E i 1 i 2 D tr i L u L L E u 3 n 3 i i O D ic u n 1 n R u 1 2 u 2 D ud O O i K D m i 3 u K γ K U O = n 2 n 1 γe

13 Modele układów energoelektronicznych w progamie Saber@Sketch

14 v v v duty_cycle duty_clock duty_clock1 output trig Control to Voltage Model układu AC/DC w progamie Saber@Sketch 1m pwld pwld pwld + v 10m pwld pwld pwld d s idealmos 1m pwld 1 1m + v 1m 1m src 0.05 conv_d2var d2var var2v + + v

15 Model układu AC/DC w progamie Saber@Sketch element template duty_clock duty_cycle output trig = T, v_0 # zegar logiczny z zmienną wartością współczynika wypełnienia podawaną z zewnątrz var nu output state logic_4 trig ref nu duty_cycle number T=100u number v_0=15 # wyjście analogowe # wyjście cyfrowe #wejście - współczynnik wypełnienia # czesotliwość # współczynnik skali dla wyjścia analogowego { state logic_4 trig_s val nu t_1 val nu mlp struc{number bp,inc;}sp_m[*] # cyfrowa zamienna pomocnicza # czas trwania impulsu # zmienną pomocnicza konwersji synału cyfrowego na alaogowy # delkaracji struktury parmetrów numerycznych symulacji parameters { sp_m=[(-1meg,1u),(0,1u),(1meg,0)] symulacji # definicja struktury parmetrów numerycznych } when(dc_init) { #początkowe parametry zmiennych cyfrowych w analizie DC schedule_event(time,trig,l4_0 l4_0) schedule_event(time,trig_s,l4_0 l4_0) } when(time_init time_init) { #początkowe parametry zmiennych cyfrowych w analizie czasowej schedule_event(time,trig,l4_0 l4_0) schedule_event(time,trig_s,l4_0 l4_0) } when(event_on event_on(trig_s)){ #detekcja początku cyklu schedule_event(time,trig,l4_1 l4_1) #wystawienie logicznego 1 na wyjściu na początku cyklu schedule_event(time+t_1,trig,l4_0 l4_0) #wystawienie logicznego 1 na wyjściu po czasie t_1 schedule_event(time+t,trig_s,l4_1 l4_1) #koniec cyklu } src 0.05 conv_d2var d2var values { t_1=t*duty_cycle if(duty_cycle>1) t_1=t # ograniczenie wartości czasu trwania impulsu d=<0,1> if(duty_cycle<0) t_1=0 if(trig==l4_0 l4_0) mlp=1 # konwersja sygnału logicznego na analogowy if(trig==l4_1 l4_1) mlp=0 } control_section{ sample_points (output,sp_m) #newton_step (output,sp_m) } equations { output:output=mlp*v_0 } }

16 Parametry symulacji

17 Parametry symulacji

18 Wyniki symulacji

19 Voltage to Control Interface Model układu AC/DC w progamie Saber@Sketch Three Phase a b T1 T3 T5 n c + 1 v ampl:230*sqrt(2) ph:0 f:50 0m v_dc v2var T2 T4 T6

20 Modele szerokopasmowe Model Architect

21 Modele szerokopasmowe R L C

22 Doprowadzenie i ścieżki przewodzące Partial Element Equivalent Circuit (PEEC)

23 Doprowadzenie i ścieżki przewodzące Kondensator płaski Formuła Wheeler/Schneider a gdzie: C = C = ɛ 0 ɛ r w h [F/m] [ ( 1.122ɛ eff ( ) ( ) ln h 8h + 8h 2+π 2 2 w eff w eff w eff ɛ eff = ɛr ɛr 1 ( h [ w w eff = w + t π ln 4e )][pf/m] ) 1/2 ( t h )2 1 + π( w )2 t +1.1 ]

24 Doprowadzenie i ścieżki przewodzące Redukcja modelu

25 Flyback

26 Dziękuję z uwagę