Материал: Sb95751

Введение

Главной задачей силовой импульсной техники является получение в нагрузке мощных импульсов тока или напряжения заданных формы, длительности, амплитуды и частоты следования. В качестве накопительных и формирующих элементов используются различные пассивные линейные формирующие реактивные двухполюсники или многополюсники, обеспечивающие как накопление энергии, так и ее реализацию в нагрузке. Введение в структуру формирующих цепей управляемых или неуправляемых вентилей, а также полностью управляемых силовых ключей позволяет создавать генераторы импульсов регулируемых длительности и формы, что представляет большой интерес для реализации целого ряда импульсных электротехнологических процессов. Второй, не менее важной, задачей является создание высокоэффективных зарядных устройств, обеспечивающих заряд накопителей при минимальном отрицательном воздействии на питающую сеть и сохранении высокого значения КПД процесса заряда. Для изучения, исследования, моделирования и проектирования различных схем формирования импульсов могут быть применены разнообразные системы схемотехнического моделирования. Одной из таких систем является Micro-Cap 9, которая позволяет выполнить графический ввод исследуемой схемы и провести анализ электромагнитных процессов в ней во временной области. Система позволяет определить средние, действующие и амплитудные значения токов и напряжений во всех реактивных, ключевых и вентильных элементах, что является необходимым для последующего проектирования и практической реализации генераторов импульсов. Лабораторный цикл включает в себя 8 работ, в которых моделируются и исследуются схемы формирования импульсов, а также схемы зарядных устройств.

СИСТЕМА СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

MICRO-САР 9

Добавление компонентов в схему. Выбор некоторых компонентов,

необходимых для проведения лабораторных работ, осуществляется в меню Component-Analog Primitives: резистор, конденсатор, индуктивность, диод, длинная линия, трансформатор – в Passive Components; импульсный источник напряжения, источник постоянного напряжения, источник

3

синусоидального напряжения, источник постоянного тока – в Waveform Sourсe; идеальный ключ – в Miscellaneous, а в меню Component-Analog Library – тиристоры и транзисторы.

Выбранный компонент перемещается на схеме «мышью» при нажатой левой кнопке. Компонент поворачивается на 90° нажатием правой кнопки (до отпускания левой кнопки).

Ввод и редактирование атрибутов компонента. После помещения на схему компонента появляется диалоговое окно атрибутов. В графе VALUE для резистора, конденсатора и индуктивности вводится номинальное значение в омах, фарадах или генри соответственно; для ключа – Т (время включения, время выключения); для источника напряжения – напряжение в вольтах. Для диода (в общем случае) выбирается модель GENERIC.

Для импульсного источника в окне Pulse Source выбирается модель PULSE или IMPULSE и в текстовом окне задаются параметры модели

MODEL PULSE (или PUL IMPULSE): VZERO – начальное значение; VONE –

максимальное значение; P1 – начало фронта; P2 – начало плоской вершины импульса; Р3 – конец плоской вершины импульса; Р4 – момент достижения уровня VZERO; Р5 – период повторения.

Задание параметров моделирования.

Нажать клавишу Transient.

В окне Transient Analysis Limits задать параметры моделирования, используя команды:

Stepping – открытие диалогового окна задания вариации параметров. Run – начало моделирования.

Add – добавление еще одной строки спецификации вывода результатов. Delete – удаление строки спецификации вывода результатов.

Тime Range – время моделирования процесса.

State Variables – Zero (в случае нулевых начальных условий), Read (в случае задания начальных условий пользователем).

Строка спецификации вывода результатов:

Р – номер графического окна, в котором должна быть построена данная функция;

XExpression – имя переменной, откладываемой по оси х;

YExpression – математическое выражение для переменной, откладываемой по оси у. Это может быть простая переменная типа напряжения на емкости V(C1), ток элемента I(R1), напряжение узла V(1) или ветви V(1,9),

4

математическое выражение, например энергия, выделяемая в нагрузке – SUM(I(R1)*I(R1)*R1,t), AVG(u) – текущее среднее значение переменной u, RMS(u) – текущее среднеквадратичное отклонение переменной u при интегрировании по времени и т. п.

При создании принципиальных схем числовые значения параметров компонентов представляются в виде:

-действительных чисел с фиксированным десятичным знаком. Например, сопротивление 2,5 кОм записывается как 2500, а емкость 1 мкФ как 0.000001;

-действительных чисел с плавающим десятичным знаком – научная нотация. Например, емкость 1 мкФ может быть записана как 1Е-6;

-действительных чисел с плавающим десятичным знаком – инженерная нотация, согласно которой различные степени 10 обозначаются следующими суффиксами: Fили f (фемто) – 10-15, Р (пико) или p – 10-12, N (нано) или n – 10-9, U или u (микро) – 10-6, М или m(милли) – 10-3, К или k(кило) – 103, MEG (мега) – 106, G (гига) – 109, Т (тера) – 1012. Например,

емкость 1 мкФ может быть записана как 1u.

Лабораторная работа 1 ГЕНЕРАТОР С ЧАСТИЧНЫМ РАЗРЯДОМ ЕМКОСТНОГО

НАКОПИТЕЛЯ

Схема генератора, выполненная в программном средстве Micro-Cap 9, изображена на рис. 1.1, где V1 – источник питания; С – емкостный накопитель; R1 – зарядное сопротивление; R – сопротивление нагрузки; S1– полностью управляемый ключ, V2 IMPULSE – источник управляющего напряжения. Схема работает следующим образом: в течение времени заряда τ

(τ – длительность импульса) накопитель энергии С1 заряжается от первичногоисточника постоянного напряжения V1 через зарядное сопротивление R1. Это сопротивление ограничивает зарядный ток,

5