|
|
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМЫ MICRO-CAP V Содержание 1 Порядок работы с управляющей оболочкой пакета MICRO - CAP V 1.1 Описание компонентов схемы 1.2 Создание чертежа схемы 1.3 Выполнение моделирования Лабораторная работа №1 Исследование статических узлов элементов релейной защиты Лабораторная работа №2 Исследование бесконтактных полупроводниковых реле напряжений Лабораторная работа №3 Исследование тиристорных
выключателей постоянного тока
1 Порядок работы с управляющей оболочкой пакета MICRO - CAP V Запуск управляющей оболочки производится установкой пакета MICRO - CAP V и установкой исполняемого файла MC5.EXE. После вызова программы MC5 на экране появится основное окно программы, сверху которого помещена строка системного меню, содержащая имена режимов File, Edit, Component, Windows, Options, Analysis, Help (рисунок 1). |
|
Рисунок 1 |
|
1) Загрузка схемы. Вначале мышкой выбирается режим File. По команде New (Ctrl + N) предлагается сделать выбор (рисунок 2). |
|
Рисунок 2 |
|
Выбираем тип файлов Schematic и нажимаем "кнопку" OK. 2) Загрузка схемы. Для загрузки готовой схемы выбираем команды File - Open (Ctrl +O). В открывшемся окне выбираем каталог C:\MC5\DATA, в котором находятся файлы схем. 3) Сохранение схемы. Для сохранения схемы из активного окна используется команда File - Save (Ctrl + S). Для того чтобы сохранить схему под новым именем, необходимо воспользоваться командой File - Save As. Новое имя схемы должно содержать не более 8 букв и цифр. Имя должно начинаться с буквы. 4) Анализ переходных процессов. Вид анализа характеристик схемы указывается в меню Analysis: Transient Analysis - анализ переходных процессов; AC - Analysis - анализ частотных характеристик; DC Analysis - анализ передаточных функций по постоянному току. |
|
1.1 Описание компонентов схемы Все компоненты, из которых составляется электрическая принципи-альная схема, имеют математические модели двух типов: 1.1.1 Пассивные компоненты (Passive components) В раздел пассивные компоненты меню компонентов включены резисторы, конденсаторы, индуктивности, линии передачи, высокочастотные трансформаторы, взаимные индуктивности, диоды с p - n переходом и стабилитроны. Для их выбора необходимо войти в меню Component - Analog Primitives - Passive Components и выбрать необходимый компонент двойным нажатием кнопки мыши (рисунок 3). |
|
Рисунок 3 |
|
1) Резистор (Resistor) При выборе компонента Resistor в меню компонент и двойном нажатии кнопки мыши на экране появляется окно редактирования параметров резистора, т.е. формат схем. Формат схем: Атрибут PART: <имя> Атрибут VALUE: <значение> [TC= Атрибут MODEL: [имя модели]
Параметры, описываемые в треугольных скобках, являются обязательными, а квадратных скобках нет.
Это правило справедливо для всех прочих моделей. Сопротивление резистора определяется параметром <значение>.
Два других атрибута могут быть опущены.
Для описания дополнительных параметров резистора необходимо на-жать на кнопку в правом нижнем углу
окна схем, для того чтобы перейти в окно ТЕКСТА (или Ctrl + G). В этом окне описывается полный формат моделей. Например,
.MODEL RTEMP RES (R=3 DEV=5% TC=0.01),
где
R - масштабный множитель сопротивления;
TC1 - линейный температурный коэффициент сопротивления, °С-1;
TC2 - квадратичный температурный коэффициент сопротивления, °С-2;
TCE - экспоненциальный температурный коэффициент сопротивления, %/°С;
T_MEASURED - температура измерения, °С;
T_ABS - абсолютная температура, °С;
T_REL_GLOBAL - относительная температура, °С;
T_REL_LOCAL - Разность между температурами устройства и модели прототипа, °С.
Вторичное нажатие кнопки переключает обратно в окно схем.
Аналогично производится описание дополнительных параметров других моделей всех остальных компонентов.
2) Конденсатор (Capacitor)
Формат схем:
Атрибут PART: <имя>
Атрибут VALUE: <значение> [IC=<Начальное значение напряжения>]
Атрибут MODEL: [имя модели].
Емкость конденсатора определяется параметром <значение>. Два дру-гих атрибута могут быть опущены.
Например,
. MODEL CMOD CAP (C=2.5 TC=0.01 VC1=0.2).
3) Индуктивность (Inductor)
Формат схем:
Атрибут PART: <имя>
Атрибут VALUE: <значение> [IC=< Начальный ток >]
Атрибут MODEL: [имя модели].
Индуктивность определяется параметром <значение>. Два других ат-рибута могут быть опущены.
Например,
. MODEL LMOD IND (L=2 DEV=20% IL=0.1)
4) Диод (Diode) и стабилитрон (Zener)
Формат схем:
Атрибут PART: <имя>
Атрибут VALUE: [Area] [OFF][IC=< Vd >]
Атрибут MODEL: [имя модели]
Параметр Area задает коэффициент кратности для учета подключения нескольких параллельных диодов.
Параметр IC задает начальное напряжение на диоде Vd.
Пример диода Д104А:
.model D104A D (IS=5.81E-12 RS=8.1 N=1.15 TT=8.28NS CJ0=41.2PF +VJ=0.71 M=0.33 FC=0.5 EG=1.11 XTI=3).
1.1.2 Активные компоненты (Active devices)
Для выбора активных компонентов необходимо войти в меню
Component - Analog Primitives - Active devices и выбрать необходимый компонент двойным нажатием
кнопки мыши (рисунок 4).
|
|
Рисунок 4 |
|
1) Биполярные транзисторы Формат схем: Атрибут PART: <имя> Атрибут VALUE: [Area] [OFF][IC=< Vbe >[, Vce]] Атрибут MODEL: [имя модели] Модели биполярных транзисторов задаются в виде Параметр Area задает коэффициент кратности для учета подключения нескольких параллельных транзисторов. Включение ключевого слова OFF исключает транзистор из схемы при проведении первой итерации расчета режима по постоянному току. Параметр IC задает начальное напряжение сток - исток Vds и затвор - сток Vgs. Это правило справедливо для прочих полевых транзисторов. Например, . MODEL QNB NPN (IS=0.1F BF=200 NF=1 VAF=0 IKF=0 ISE=0 NE=1.5 BR=1 NR=1 VAR=0 IKR=0 ISC=0 NC=2 RE=0 RB=0 RBM=0 IRB=0 RC=0 CJE=0 VJE=750M MJE=330M CJC=0 VJC=750M MJC=330M XCJC=1 CJS=0 VJS=750M MJS=0 FC=500M TF=0 XTF=0 VTF=0 ITF=0 PTF=0 TR=0 EG=1.11 XTB=0 XTI=3 TRE1=0 TRE2=0 TRB1=0 TRB2=0 TRM1=0 TRM2=0 TRC1=0 TRC2=0 KF=0 AF=1). 2) Полевые транзисторы Формат схем: Атрибут PART: <имя> Атрибут VALUE: [Area] [OFF][IC=< Vds >[,Vgs]] Атрибут MODEL: [имя модели] Например, .MODEL 2N3070 NJF (VTO=-2.97501 BETA=507.455U LAMBDA=10M RS=9.85856U CGD=2.7837P CGS=3.16421P PB=1.9379 KF=6.5175E-05F AF=507.558M). 1.1.3 Источники сигналов (Waveform sources) Для выбора источников сигналов необходимо войти в меню Component - Analog Primitives - Waveform sources и выбрать необходимый компонент двойным нажатием кнопки мыши (рисунок 5). 1) Источники постоянного напряжения (Battery) Формат схем: Атрибут PART: <имя> Атрибут VALUE: <значение> |
|
Рисунок 5 |
|
2) Источники постоянного тока (Isource) Формат схем: Атрибут PART: <имя> Атрибут VALUE: <значение> 3) Источники импульсного напряжения (Pulse source) Формат схем: Атрибут PART: <имя> Атрибут MODEL: <имя модели> Параметры модели источника задаются в директиве .MODEL <имя модели> PUL ([список параметров]) 4) Источник синусоидального напряжения (Sine source) Формат схем: Атрибут PART: <имя> Атрибут MODEL: <имя модели> SIN ([список параметров)]. 5) Независимые источники напряжения и тока (V и I) Независимые источники напряжения (U) и тока (I) позволяют создавать входные воздействия разнообразной формы: импульсные синусоидальные, экспоненциальные, кусочнолинейные, с частотной модуляцией. Формат схем: Атрибут PART: <имя> Атрибут MODEL: <список параметров> Формат схем для соответствующего вида входного воздействия, как для тока, так и для напряжения будет одинаковым. Импульсный сигнал (PULSE) задается следующими параметрами: PULSE (y1 y2 td tr tf pw per), где y1 - начальное значение, В или А; y2 - максимальное значение, В или А; td - начало переднего фронта, с; tr - длительность переднего фронта, с; tf - длительность заднего фронта, с; pw - длительность плоской части импульса, с; per - период повторения, с. Например, импульсный источник напряжения pulse (0 200mV 5ms 0 0 10 ms 50 ms). Синусоидальный сигнал (SIN) описывается следующими параметрами: SIN (y0 ya f td df ph), где y0 - постоянная составляющая, В или А; ya - амплитуда, В или А; f - частота, Гц; td - задержка, с; df - коэффициент затухания, 1/с; ph - фаза, град. Пример синусоидального напряжения, sin (0 0.3 100 0 0 0). 1.1.4 Макромодели (Macros) В этот раздел входит тиристор, необходимый для выполнения лабораторной работы. Для выбора этого элемента необходимо войти в меню Component - Analog Primitives - Macros и выбрать SCR компонент двойным нажатием кнопки мыши (рисунок 6). |
|
Рисунок 6 |
|
1.1.5 Смесь (Miscellaneous) В раздел Miscellaneous помещены ключи, стрелки и контакты. Для выбора этих элементов необходимо войти в меню Component - Analog Primitives - Miscellaneous и выбрать необходимый компонент двойным нажатием кнопки мыши (рисунок 7). |
|
Рисунок 6 |
|
1) Ключ (Switch) Формат схем: Атрибут PART: <имя> Атрибут VALUE: <V T I> <n1, n2>[,Ron>[,Roff>]] Здесь приняты обозначения: V - управление разностью потенциалов; I - управление током; T - переключение в определенные моменты времени; n1, n2 - значения управляющей величины, при которых происходят переключения; Ron, Roff - сопротивления ключа в замкнутом и разомкнутом состояниях. Если n1 < n2, то ключ замкнут (находится в состоянии ON) при управляющем сигнале n1 < X < n2 и разомкнут (находится в состоянии OFF), когда X < n1 или X > n2. Если n1 > n2, то ключ разомкнут (находится в состоянии OFF) при управляющем сигнале n1 > X > n2 и замкнут (находится в состоянии ON), когда X > n1 или X < n2. 1.2 Создание чертежа схемы В результате выполнения команды New открывается пустой экран, на котором
создается новая схема. Первоначально рекомендуется нажатием на пиктограмму
Перед добавлением элемента на схему его нужно выбрать в меню Component. Выбранный тем или иным способом компонент размещается на схеме щелчком мыши. Нажатую кнопку мыши не нужно отпускать, пока компонент перемещением курсора мыши не будет размещен в нужное место схемы. Компонент поворачивается на 90° нажатием правой кнопки мыши (до отпускания левой кнопки). После ввода на схему компонента появляется диалоговое окно атрибутов соответствующего компонента. Простейшие компоненты, такие как резистор, конденсатор и т.п., имеют минимальный набор атрибутов, к которым относятся позиционное обозначение Part (например, R1, R2, RC, C1) и номинальное значение параметра Value (например, 2.2k, 100pF, 15u). Редактирование существующих атрибутов выполняется после двойного щелчка мышью при расположении курсора на выбранном атрибуте. Режим ввода проводников включается щелчком мыши по пиктограмме или выбором команды Options-Mode-Wire, или нажатием комбинации клавиш Ctrl + W. Начало проводника отмечается щелчком мыши на выводе компонента. Не отпуская левой клавиши мыши, наносят проводник на чертеж. Отпускание клавиши фиксирует окончание линии. 1.3 Выполнение моделирования После того как нарисована принципиальная схема или создано его текстовое описание, переходят к расчету характеристик, выбирая в меню Analysis (рисунок 8) один из видов анализа: Transient Analysis (Alt + 1) - расчет переходных характеристик; AC Analysis (Alt + 2) - расчет переходных характеристик; DC Analysis (Alt + 3) - расчет передаточных функций по постоянному току. |
|
Рисунок 8 1.3.1 Анализ переходных процессов |
|
Рисунок 9 |
|
После перехода в режим анализа переходных процессов программа MC5 проверяет правильность составления схемы. При наличии ошибок выводится информационное сообщение. При отсутствии ошибок в схеме программа составляет ее топологическое описание, выполняет подготовку к численному расчету процессов и открывает окно задания параметров моделирования Transient Analysis Limits (рисунок 9). В окне задания параметров расчета переходных процессов, показанном на рисунке 9, имеются следующие разделы. Команды Run - начало моделирования. Щелчок на пиктограмме Add - добавление еще одной строки спецификации вывода результатов после строки, отмеченной курсором. На этой строке устанавливается способ отображения результатов и аналитические выражения для построения графиков; Delete - удаление строки спецификации вывода результатов, отмеченной курсором; Expand - открытие дополнительного окна для ввода текста большого размера при расположении курсора в одной из граф, содержащих выражения. Stepping - открытие диалогового окна задания вариации параметров. Числовые параметры Time Range - спецификация конечного и начального времени расчета переходных процессов по формату Tmax, [Tmin]; по умолчанию назначается Tmin=0. Например, спецификация "5ms" задает интервал моделирования от 0,4 до 1,2 мс; Maximum Time Step - максимальный шаг интегрирования. Number of Points - количество точек, выводимых в таблицы, т.е. количество строк в таблице вывода результатов; по умолчанию 51. Temperature - диапазон изменения температуры. Выражения X Expression - имя переменной, откладываемой по оси Х. Обычно при анализе переходных процессов по этой оси откладывается время (переменная Т). Y Expression - математическое выражение для переменной, откладываемой по оси Y. Это может быть простая переменная типа напряжения в узле V(5), падения напряжения на двухполюсном компоненте V(L1) или тока ветви I (2,3), I (L1), или математическое выражение, например, V(VCC)*I(VCC). X Range - максимальное и минимальное значение переменной Х на графике High,[Low]. Для автоматического выбора диапазона переменных в этой графе указывается Auto. Y Range - максимальное и минимальное значения переменной Y на графике. Для автоматического выбора диапазона переменных в этой графе указывается Auto. Опции Operation Point - включение режима по постоянному току перед началом каждого расчета переходных процессов. Данные этого режима заменяют значения всех начальных условий, если они были установлены; Operation Point Only - расчет только режима по постоянному току (расчет переходных процессов не производится); Auto Scale Ranges - присвоение признака автоматического масштабирования "Auto" по осям X, Y для каждого нового варианта расчетов. Если эта опция выключена, то принимаются во внимание масштабы, указанные в графах X Range, Y Range. |
|
Рисунок 10 |
|
В такой схеме узел измерения (УИ) содержит измерительные преобразователи или датчики тока и напряжения, в узле формирования (УФ) получают из поступающих входных сигналов специально сформированные напряжения, требуемые для реализации характеристики реле после их сопоставления в узле сравнения (УС). Преобразующая часть (ПЧ) узла сравнения служит для преобразования сравниваемых напряжений в форму, удобную для сравнения. В схеме сравнения (СС) сравниваемые импульсы сопоставляются между собой не только по значению, но и по длительности их возникновения. В исполнительной части создается командный сигнал, если результат сравнения свидетельствует о соответствии поданных на реле токов и напряжений условиям их срабатывания. Узел питания (УП) предназначен для получения от источника оперативного тока защищаемого объекта стабилизированных напряжений постоянного тока, требующихся для работы интегральных микросхем и исполнительного выходного реле. Узел выхода (УВ) обеспечивает действие содержащегося в его составе электромеханического реле при поступлении управляющего сигнала из узла сравнения. Все вышеперечисленные узлы собираются из отдельных функциональных элементов, каждый из которых предназначается для осуществления одной из частных операций, присущих данному узлу. К числу наиболее применяемых элементов в реле защиты следует отнести схемы усилителей, повторителей напряжения, компараторов и др. 1.1 Повторитель напряжения Повторитель напряжения - схема, в которой напряжение на выходе операционного усилителя (ОУ) практически равняется напряжению поступающего входного сигнала (рисунок 11). Коэффициент усиления повторителя напряжения Ku = Uвых / Uвх = 1. Для выбора операционного усилителя необходимо войти в меню Component - Analog Primitives - Active devices и выбрать OPAMP (рисунок 4). Формат схем: Атрибут PART: <имя> Атрибут MODEL: [имя модели] Например, полная модель ОУ будет выглядеть следующим образом: .MODEL UA741C OPA (LEVEL=3 ROUTAC=50 ROUTDC=75 IOFF=20N IBIAS=80N VPS=14 VNS=-14 CMRR=31.6228K PD=50M IOSC=25M) |
|
Рисунок 11 |
|
На неинвертирующий вход подаем постоянное напряжение V1 (200 mB). На выход схемы включаем сопротивление нагрузки Rн (200 Ом). 1.2 Неинвертирующий усилитель Неинвертирующий усилитель применяется для усиления сигналов, подаваемых на неинвертирующий вход (рисунок 12). Коэффициент усиления такого усилителя Ku = Uвых / Uвх = (R1 + R2) / R1. Для моделирования схемы на выход включаем сопротивление нагрузки Rн (10 кОм). Резисторы R1 и R2 представляют собой делитель напряжения. Чтобы не нагружать выход ОУ, принимаем значения сопротивлений R1 равным 1 кОм, а R2 - 9,9 кОм. Для компенсации напряжения сдвига на выходе ОУ в цепь неинвертирующего входа включаем резистор R3 (0,01 Ом). На неинвертирующий вход ОУ от источника независимого напряжения V1 подаем импульсное напряжение: pulse (0 200m 5m 0 0 10m 50m). |
|
Рисунок 12 |
|
1.3 Инвертирующий усилитель При подаче сигнала на инвертирующий вход при заземленном неинвертирующем входе на выходе ОУ получается усиленный сигнал противоположного знака (рисунок 13). Рисунок 13 |
|
При моделировании данной схемы на инвертирующий вход ОУ от источника независимого напряжения V1 подаем импульсное напряжение, заданное списком параметров pulse (0 200mV 5ms 0 0 10 ms 50 ms). Значения сопротивлений R1 и R2 подбираем такими, чтобы не пере-гружать выход ОУ. Принимаем R1 равным 2 кОм, а R2 - 10 кОм. В этом случае коэффициент усиления будет равен Ku = Uвых / Uвх = -R2 / R1 = -10 / 2 = 5. Для компенсации напряжения сдвига на выходе ОУ в цепь инвертирующего входа включаем резистор R3 = 0,01 кОм, в качестве выходного - включаем сопротивление нагрузки Rн (10 кОм). 1.4 Усилитель - ограничитель Усилитель-ограничитель служит для ограничения уровня выходного напряжения до требуемого значения (рисунок 14). |
|
Рисунок 14 |
|
При моделировании данной схемы на выход включаем сопротивление нагрузки Rн (200 Ом). Значения сопротивлений R1 (1 кОм) и R2 подбираем, чтобы не перегружался выход ОУ. Для компенсации напряжения сдвига на выходе ОУ в цепь неинвертирующего выхода включаем сопротивление R3 (0,05 Ом). Ограничение напряжения достигается за счет включения параллельно сопротивлению обратной связи R2 двух встречно включенных стабилитронов VD1 и VD2 типа D2C133A. На инвертирующий вход Оу от источника независимого напряжения V1 подаем синусоидальное напряжение, задаваемое списком параметров sin (0 0,5 50 0 0 0) 1.5 Однопороговый компаратор напряжения Компараторы напряжения представляют собой схемы, обеспечивающие сравнение двух входных напряжений. Напряжение на выходе компаратора скачкообразно изменяется, когда одна из сравниваемых величин становится больше другой (рисунок 15). |
|
Рисунок 15 |
|
При моделировании схемы на выход включаем сопротивление нагрузки Rн (15 Ом). На инвертирующий вход через сопротивление (1 кОм) от источника независимого напряжения V1 подаем синусоидальное напряжение, заданное следующим списком параметров: sin (0 0,5 50 0 20 0). Заданное напряжение является измеряемым. На неинвертирующий вход через сопротивление R2 (2 кОм) от источника независимого напряжения подаем постоянное напряжение (-0.1 В), которое является опорным. Выход ОУ будет переключаться от +Uвыхмах до -Uвыхмах и обратно, если измеряемое напряжение переходит через значения, равные опорному напряжению. Если необходимо ограничить выходное напряжение, то в цепи обратной связи устанавливаем два стабилитрона (VD3, VD4), включенных встречно. Диоды VD1 и VD2 предназначены для защиты входов ОУ от повышенных значений дифференциального напряжения. 1.6 Триггер Шмитта Триггер Шмитта служит для получения выходного сигнала, переключающегося скачком, при достижении входного сигнала некоторого предварительно заданного уровня (рисунок 16). |
|
Рисунок 16 |
|
Для моделирования схемы на инвертирующий вход от источника независимого напряжения V2 подаем синусоидальное напряжение, заданное следующим списком параметров: sin (0 0.3 100 0 0 0). На неинвертирующий вход от источника независимого напряжения подаем постоянное напряжение, равное 0,2 В. Сопротивления R2 (2 МОм) и R3 (1 МОм) подбираем, чтобы не перегружать выход ОУ. Значение сопротивления положительной обратной связи (R1) принимаем равным 12,2 МОм. На выход схемы включаем сопротивление нагрузки Rн (20 Ом). Изменяя напряжение независимого источника V2, можем изменять пороги срабатывания. 2 Порядок выполнения работы 2.1 Набрать модель повторителя напряжения согласно пункту 2.1 (рисунок 11). Источник постоянного напряжения выбираем, как показано в пункте 1.1.3 Источники сигналов (Battery). Заземление устанавливаем с помощью выбора компонента в меню Component - Analog Primitives - Connec-tors - Ground. Провести многовариантный анализ по постоянному току при изменении величины напряжения V1 от 0В до 1В с шагом 0,05 В. Изменяя амплитуду входного сигнала, построить амплитудную характеристику Uвых = f (Uвх). 2.2 Набрать модель неинвертирующего усилителя согласно пункту 2.2 (рисунок 12) и провести анализ переходных процессов с шагом вывода данных, равным 1 мс. Резистор выбирается в соответствии с пунктом 1.1.1 Пассивные компоненты (Resistor). 2.2.1 Изменить параметры схемы следующим образом: R1 (5,1 кОм), R2 (100 кОм), R3 (1 МОм), Rн (10 кОм) и провести многовариантный анализ по постоянному току с определением коэффициента усиления. 2.2.2 Определить выходное напряжение и ток обратной связи для Uвх = 0,2 В, а также Uвх.пр., определяющее границу линейности работы схемы. 2.3 Набрать модель инвертирующего усилителя в соответствии с пунктом 2.3 (рисунок 13) и провести анализ переходных процессов с шагом вывода данных 1 мс за время 100 мс. 2.3.1 Повторить п.3.2.1 для данного усилителя. 2.4 Набрать модель усилителя-ограничителя, как показано в пункте 2.4, создав макромодель операционного усилителя ОР1 (рисунок 14), выбрать стабилитроны, как указано в пункте 1.1.1 Пассивные компоненты (Zener), провести многовариантный расчет по постоянному току (пределы изменения напряжения источника V1 от -1 В до 1 В с приращением 0,1В) и анализ переходных процессов за время 30 мс с шагом вывода данных 1 мс. Сменить обратное напряжение пробоя стабилитронов, заменив параметр BV модели, и проанализировать полученные результаты. 2.5 Набрать модель однопорогового компаратора напряжения согласно пункту 2.5 (рисунок 15), выбрав из библиотеки пакета встроенную модель ОУ общего назначения и модели диодов, которые выбираем согласно пункту 1.1.1 Пассивные компоненты (Diode). Провести анализ переходных процессов за время 100 мс с шагом вывода данных 1 мс, провести многовариантный расчет по постоянному току. 2.6 Набрать модель триггера Шмитта, провести анализ переходных процессов при изменении напряжения независимого источника напряжения V2 с определением нижнего и верхнего порогов срабатывания. Сменить величины сопротивлений R1 (100 кОм), R2 (10 кОм) и определить пороги срабатывания для случаев UОП1=1 В и UОП2=0. 3 Контрольные вопросы 1 Объяснить работу моделируемых устройств, их назначение, основные характеристики и зависимости. 2 Объяснить смысл используемых управляющих предложений и опций. Список литературы 1. Разевиг В. Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap V. - М.: "Солон", 1997. - 273. 2. Кадель В. И. Силовые электронные системы автономных объектов. - М.: Радио и связь, 1992. - 120 с. |
|
Рисунок 17 |
|
Чем меньше сопротивление обратной связи ROK, тем больше ток обратной связи Ioc = Ek / Rok (глубже обратная связь). При сопротивлении ОС меньше некоторого критического
где b1, b2 - коэффициенты усиления транзисторов; rЭВ1 - входное сопротивление VT1. Приведенное выше соотношение определяет условие существования релейного режима. Напряжения входного сигнала, при которых выходной сигнал Iн = IK2 изменяется скачком, называются соответственно напряжением срабатывания и отпускания, разность этих напряжений называется напряжением перекрытия. Срабатывание реле происходит при увеличении напряжения управления Ey с выходом транзистора VT2 на границу отсечки, а отпускание - при увеличении Ey с выходом VT2 на границу насыщения: при малейшем дальнейшем изменении Еу транзистор VT2 переходит в активную зону, начинают изменяться выходные параметры реле и за счет действия механизма обратной связи развивается неуправляемый лавинообразный процесс, оканчивающийся либо полным открытием VT2 (при срабатывании), либо полным закрытием (при отпускании). На напряжение срабатывания и отпускания влияют величины сопротивлений обратной связи, управления, нагрузки; коэффициенты усиления транзисторов, напряжение питания. Эти параметры могут изменяться при регулировке (Rok, Rоэ, Ry); изменении нагрузки (Rн); замене транзисторов; с изменением окружающей температуры. Полупроводниковые реле широко используются в различных электрических аппаратах. Во-первых, на их базе выполняются различного рода реле: первичные, усиливающие слабые выходные сигналы датчиков (например, многие выпускаемые промышленностью бесконтактные путевые переключатели содержат БПР; реле контроля, промежуточные реле и реле времени; выходные реле, управляющие исполнительными механизмами (муфтами, контакторами) и двигателями постоянного тока). Во-вторых, так как БПР обладают высоким коэффициентом усиления, они используются в режиме импульсных усилителей как регулирующие органы стабилизаторов напряжения и аппараты пуска и управления скоростью вращения двигателей постоянного тока. 3 Порядок выполнения работы 3.1 Рассчитать БПР. Исходными данными при расчете бесконтактного полупроводникового реле обычно являются: 1) выходные параметры: Pн и Rн (или Uн и Iн) - номинальная мощность в нагрузке (или напряжение и ток в нагрузке) в состоянии "включено" и сопротивление нагрузки; 2) входные параметры: Pуп и Еуп - мощность и напряжение переключения; Кв - коэффициент возврата. 3) максимальная окружающая температура. Необходимо определить все параметры схемы: напряжения питания (Ек, Еб); сопротивления межкаскадной и обратной связи, смещения; выбрать транзисторы. 3.2 По справочнику подобрать зарубежный аналог выбранному транзистору, найти в библиотеках пакета модель аналога. 3.3 Составить макромодель БПР, набрать ее, как показано на рисунке 17, и исследовать влияние основных параметров реле на характеристику управления (напряжение срабатывания и отпускания). Определить коэффициенты возврата Кв = Uотп / Uср. 3.4 Изменяя параметры схемы, получить характеристики БПР, соответствующие замыкающим, размыкающим и нейтральным контактным аналогам. 4 Контрольные вопросы 1 Основные достоинства и недостатки полупроводниковых реле. 2 Каким образом обеспечивается S-образная (релейная) характеристика реле? 3 Изобразите характеристики полупроводниковых реле, соответствующие замыкающим, размыкающим и нейтральным контактам электромагнитных реле. 4 Какие факторы и каким образом влияют на параметры срабатывания и от-пускания полупроводниковых реле? Покажите на выходной характеристике БПР указанные параметры. Список литературы 1. Разевиг В. Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap V. - М.: "Солон", 1997. - 273. 2. Кадель В. И. Силовые электронные системы автономных объектов. - М.: Радио и связь, 1992. - 120 с. 3. Шопен Л. В. Бесконтактные электрические аппараты автоматики. М.: Энергия, 1976. |
|
Рисунок 18 |
|
Запирание главного тиристора VS1 в цепи нагрузки происходит при помощи заряженного конденсатора С1, который является источником отрицательного напряжения с малым внутренним сопротивлением, что дает возможность подать через тиристор VS2 на VS1 достаточно большое обратное напряжение для уменьшения прямого тока через VS1 до нуля с последующим его запиранием. Время приложения обратного напряжения tC должно быть меньше времени запирания tЗ тиристора VS1. При коммутации
В момент времени t = tC напряжение на VS1 равно нулю и, следовательно, имеем
После преобразования
Надежное запирание тиристора VS1, обладающего временем восстановления управляемости, равным tB, будет иметь место при tC2tB. Следовательно, минимальное значение емкости С1 должно удовлетворять условию (для активной нагрузки) С1 > 1,45 tB IН / UП, мкФ; где tВ - время выключения VS1, мкс, Iн - ток нагрузки в момент коммутации, А; Uп - напряжение питания, В. Для активно-индуктивной нагрузки соответственно
Величина сопротивления R1 выбирается такой, чтобы после разряда конденсатора С1 тиристор VS2 запирался, т.е. необходимо выполнить условие Iвыкл > Uп/R1, откуда R1 > Uп / Iвкл, где Iвыкл - ток выключения тиристора VS2, А. От соотношения R1 и C1 зависит возможная максимальная частота включения - выключения
Ток нагрузки Iн = Uп / Rн. При аварийных режимах работы, сопровождающихся значительным током нагрузки, размыкание цепи можно осуществлять автоматически при включении тиристора VS2 от падения напряжения на сопротивлении Rш. Регулированием этого сопротивления и подбором стабилитрона VD2 по параметру Uнсм можно заранее задать величину тока перегрузки или тока к.з., при котором произойдет выключение тока нагрузки. Причем высокое быстродействие выключателя позволяет прервать ток короткого замыкания задолго до того, когда он достигает установившейся величины. |
|
Рисунок 19 |
|
Для работы выключателя в циклическом автоматическом режиме блок ИСУ и ключи управления S1, S2 замыкаются блоком автоматического управления, содержащим регулируемый мультивибратор и импульсные трансформаторы.
Рисунок 20 |
|
|
(команда View-Grid
меню Options) нанести на экран координатную сетку для упрощения построения схемы. Шаг сетки 2,5 мм.
в строке инструментов или нажатие F2 также начинает моделирование. Моделирование может быть остановлено в любой момент нажатием
на пиктограмму 
или клавишу Esc;
