Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE

В двух следующих главах будут проведены исследования некоторых типичных схем из областей силовой полупроводниковой техники, техники связи и автоматического регулирования. Каждое исследование будет проводиться для того, чтобы дать ответ на какой-либо сложный вопрос. Это позволит вам познакомиться со специальными возможностями программы PSPICE и откроет перспективу для проведения множества собственных интересных исследований. Однако практически сразу вы столкнетесь с проблемой, возникающей при профессиональной работе со PSPICE: чем специфичнее будут ваши вопросы, тем чаще будут нужны специальные модели (двигатели трехфазного тока, стабилизаторы, регуляторы, модуляторы, смесители, шаговые двигатели), которых нет ни в демонстрационной, ни в полной версиях программы. И тогда вам понадобится помощь специалистов-разработчиков моделей. Для примеров, рассматриваемых в книге, часть специальных моделей была взята из виртуальной лаборатории spicelab, которую я в настоящее время готовлю к публикации.

13.1. Анализ высокочастотных помех при работе мостовой схемы на тиристорах

Полууправляемая мостовая схема на тиристорах В2Н[42], питающаяся от трансформатора[43] показана на рис. 13.1.

Рис. 13.1. Полууправляемая мостовая схема на тиристорах B2H

В данном разделе исследуется уровень высших гармоник, возникающих при работе мостовой схемы на тиристорах, то есть высокочастотных помех, которые не только мешают соседскому телевизору принимать телевизионные передачи, но даже могут наносить вред здоровью человека, являясь своего рода «электросмогом».

Моделирование схемы, изображенной на рис. 13.1, в диапазоне времени от 0 до 100 мс позволило выявить следующую характеристику выходного напряжения (рис. 13.2).

Рис. 13.2. Выходное напряжение (фрагмент) полууправляемой мостовой схемы на тиристорах

После щелчка по кнопке FFT был получен частотный спектр выходного напряжения (рис. 13.3).

 Рис. 13.3. Частотный спектр выходного напряжения мостовой схемы на тиристорах

Очевидно, что если не принять особых мер, эта мостовая схема не отвечает ни требованиям TELEKOM по допустимому уровню помех, ни предписаниям стандартов EMV. Возникает вопрос, поможет ли сглаживающий дроссель значительно снизить уровень помех. Установив дроссель индуктивностью 300 мГн, получаем схему, изображенную на рис. 13.4.

Рис. 13.4. Схема полумоста на тиристорах со сглаживающим дросселем 

Моделирование (от 0 до 100 мс) дает диаграмму выходного напряжения, приведенную на рис. 13.5.

Рис. 13.5. Выходное напряжение (фрагмент) схемы полумоста

Благодаря сглаживающему эффекту дросселя характеристика выходного напряжения стала менее угловатой, что обещает снижение уровня помех. Изображение спектра Фурье (рис. 13.6) подтверждает это впечатление.

Рис. 13.6. Спектр Фурье выходного напряжения схемы полумоста 

13.2. Компенсация реактивной мощности в трёхфазной сети

Важнейшими потребителями электроэнергии являются электрические машины. Кроме активной мощности, которую они затем преобразовывают в механическую, им также необходима и реактивная мощность. Реактивная мощность не «потребляется» электрическими машинами, она всего лишь «берется на время» из сети во время одной части периода и в другой части периода возвращается обратно в сеть. Однако «прокачивание» реактивной мощности через выводы происходит не без потерь. Мелким потребителям предприятия энергоснабжения предоставляют необходимую реактивную мощность бесплатно. Но если реактивная мощность используется широкомасштабно, она должна оплачиваться. Поэтому электрические установки с большим потреблением реактивной мощности (при этом практически всегда речь идет о индуктивной реактивной мощности) должны «компенсироваться». Компенсация индуктивной реактивной мощности происходит за счет подключения потребителей емкостной реактивной мощности, то есть конденсаторов.

На рис. 13.7 изображен симметричный потребитель трехфазного тока в схеме соединения звездой[44]. Каждое из трех ответвлений состоит из последовательного соединения R=10 Ом и L=100 мГн.

Рис. 13.7. Установка трехфазного тока с включаемыми компенсационными конденсаторами