ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.04.2021
Просмотров: 741
Скачиваний: 8
Далее
,
щёлкнув
левой
кнопкой
мышки
по
кнопке
ОК
,
переносим
введённую
строчку
в
окно
редактора
схем
(
рис
. 31).
Рис
. 31.
Размещение
директивы
связи
в
окне
редактора
схем
.
Теперь
осталось
настроить
коэффициент
трансформации
тр
K
трансформатора
.
Известно
,
что
индуктивность
обмотки
пропорциональна
квадрату
витков
этой
обмотки
.
Примем
индуктивность
первичной
обмотки
1 700
L
=
Гн
.
Следовательно
,
если
1
1
220
21
2
2 10.5
тр
W
U
K
W
U
=
=
=
≈
,
то
2
2
1
700
2
1.59
21
тр
L
L
K
=
=
=
Гн
.
Описанным
способом
можно
создавать
не
только
двух
-,
но
и
многообмоточные
трансформаторы
.
Например
,
директива
K1 L1 L2 L3 L4 1.0
создаёт
четырехобмоточный
трансформатор
.
Многократные
объявления
коэффициента
связи
внутри
одного
трансформатора
недопустимы
.
В
этом
случае
LTspice
потребует
использования
одной
директивы
коэффициента
связи
.
Модель
индуктивности
в
LTspice
имеет
вид
,
представленный
на
рис
. 32.
Здесь
,
кроме
индуктивности
(Inductance),
учитывается
масса
паразитных
параметров
:
•
Rser
(Series Resistance) -
последовательное
сопротивление
обмотки
;
•
Rpar
(Parallel Resistance) -
сопротивление
потерь
между
выводами
обмотки
;
•
Cpar
(Parallel Capacitance) -
межвитковая
ёмкость
.
Настроить
основные
и
паразитные
параметры
модели
можно
в
окне
настройки
(
рис
. 33),
которое
вызывается
щелчком
правой
кнопки
мышки
по
индуктивности
L1 (
или
L2).
Здесь
индуктивность
измеряется
в
генри
,
ёмкость
—
в
фарадах
,
а
сопротивление
—
в
омах
.
Опцией
Show Phase Dot
(
Отметить
точкой
начало
обмотки
)
можно
делать
видимой
и
скрывать
индикацию
начала
обмотки
.
Рис
. 32.
Модель
индуктивности
,
используемая
в
программе
LTspice.
Указание
паразитных
параметров
компонентов
позволяет
получить
более
реалистичную
картину
моделирования
.
Некоторые
паразитные
параметры
LTspice
определяет
сам
,
если
пользователь
не
указывает
их
конкретную
величину
.
Например
,
по
умолчанию
,
LTspice
считает
,
что
0.001
Rser
=
Ом
.
Устанавливаем
индуктивность
1 700
L
=
Гн
и
последовательное
сопротивление
100
Rser
=
Ом
(
рис
. 33).
Для
L2
соответственно
2 1.59
L
=
Гн
и
1
Rser
=
Ом
.
Выберем
конденсатор
С
1
и
установим
значение
ёмкости
470
мкФ
.
Обычно
в
подобных
устройствах
устанавливают
электролитические
конденсаторы
,
которые
имеют
достаточно
высокое
внутреннее
сопротивление
,
поэтому
устанавливаем
последовательное
сопротивление
1
Rser
=
Ом
.
Рис
. 33
Меню
настройки
индуктивности
.
Так
как
источник
должен
обеспечивать
12
В
при
токе
нагрузки
0.1
А
,
то
12
1
120
0.1
R
=
=
Ом
.
Для
диода
оставляем
идеальную
модель
,
выбранную
по
умолчанию
.
При
желании
можно
выбрать
модель
реального
диода
из
встроенной
библиотеки
LTspice.
Для
этого
щелчком
правой
кнопки
мышки
по
символу
диода
вызываем
его
окно
настройки
.
Затем
вызываем
список
доступных
моделей
,
щёлкнув
левой
кнопкой
мышки
по
кнопке
Pick New Diode
(
Выбрать
новый
диод
).
Полностью
настроенная
схема
изображена
на
рис
. 34.
Рис
. 34.
Схема
модели
маломощного
источника
постоянного
тока
.
Щёлкнув
левой
кнопкой
мышки
по
символу
Run
на
панели
инструментов
,
попадаем
в
окно
Edit
Simulation Command
.
где
устанавливаем
время
окончания
анализа
переходного
процесса
Stop Time
равным
5
с
и
время
начала
записи
результатов
моделирования
Time to Start Saving Data
— 4.96
с
.
В
этом
случае
в
окно
плоттера
будут
выведены
последние
два
периода
работы
схемы
,
а
предшествующий
им
переходной
процесс
останется
вне
поля
зрения
.
На
рис
. 35
изображено
состояние
после
окончания
моделирования
.
В
окно
плоттера
выведены
диаграммы
:
( 002)
V n
—
напряжение
на
вторичной
обмотке
трансформатора
,
( 003)
V n
—
напряжение
на
резисторе
R1,
( 1) * 21
I L
—
ток
первичной
обмотки
,
приведённый
ко
вторичной
обмотке
(
умножен
на
коэффициент
трансформации
),
( 2)
I L
−
—
ток
вторичной
обмотки
(
символ
минус
"–"
использован
для
изменения
полярности
отображаемого
тока
).
Видно
,
что
,
в
момент
,
когда
напряжение
на
вторичной
обмотке
трансформатора
превышает
напряжение
нагрузки
,
во
вторичной
обмотке
возникают
короткие
импульсы
тока
амплитудой
до
900
мА
.
Ток
в
первичной
обмотке
трансформатора
отличается
от
тока
вторичной
.
Видно
,
что
в
паузах
между
импульсами
,
он
меняет
свою
полярность
.
Такое
поведение
тока
первичной
обмотки
трансформатора
характерно
для
случая
использования
однополупериодного
выпрямления
.
Постоянный
ток
нагрузки
,
протекает
через
вторичную
обмотку
трансформатора
,
а
трансформатор
,
как
известно
,
не
может
трансформировать
постоянный
ток
.
В
результате
,
в
первичной
обмотке
возникает
размагничивающий
ток
отрицательной
полярности
,
который
компенсирует
постоянную
составляющую
входного
тока
.
В
данном
примере
мы
использовали
идеализированную
линейную
модель
трансформатора
.
К
сожалению
,
идеализированная
модель
не
всегда
уместна
,
т
.
к
.
не
учитывает
насыщение
и
гистерезис
,
которые
присущи
магнитным
сердечникам
реальных
трансформаторов
.
Например
,
в
рассмотренной
ситуации
,
диаграмма
тока
в
первичной
обмотке
реального
трансформатора
,
скорей
всего
,
будет
сильно
отличатся
от
диаграммы
,
полученной
для
идеализированной
модели
.
В
LTspice
предусмотрено
два
способа
задания
нелинейности
индуктивности
:
•
первый
способ
позволяет
аналитически
задавать
зависимости
потока
магнитной
индукции
от
тока
в
обмотке
катушки
индуктивности
;
•
второй
способ
позволяет
использовать
упрощённую
гистерезисную
модель
магнитного
сердечника
,
которую
впервые
предложил
Джон
Чан
.
Модель
использует
только
основные
параметры
петли
гистерезиса
,
перечисленные
в
таблице
3
и
показанные
на
рис
. 36.
Таблица
3
.
Параметры
петли
гистерезиса
ферромагнитного
материала
Параметр
Описание
Единицы
измерения
Hc
Коэрцитивная
сила
А
/
м
Br
Остаточная
индукция
Тл
Bs
Индукция
насыщения
Тл
Рис
. 35.
Состояние
после
окончания
моделирования
источника
постоянного
тока
.
Рис
. 36.
Параметры
петли
гистерезиса
магнитного
материала
.
Наряду
с
параметрами
петли
гистерезиса
,
при
описании
нелинейной
индуктивности
,
учитываются
линейные
размеры
сердечника
,
а
также
количество
витков
катушки
(
табл
. 4).
Таблица
4.
Конструктивные
параметры
нелинейной
индуктивности
Параметр
Описание
Единицы
измерения
Lm
Средняя
длина
магнитной
линии
(
исключая
немагнитный
зазор
)
м
Lg
Длина
немагнитного
зазора
м
A
Сечение
сердечника
м
2
N
Количество
витков
—
Согласитесь
со
мной
,
что
второй
способ
задания
нелинейной
индуктивности
более
привлекателен
,
т
.
к
.
он
использует
минимальное
количество
справочных
данных
,
а
также
понятные
и
легко
контролируемые
параметры
самого
сердечника
и
катушки
.
На
частоте
50
Гц
в
трансформаторах
обычно
применяется
электротехническая
сталь
с
толщиной
листа
0.27—0.5
мм
.
Для
холоднокатаной
электротехнической
стали
типов
3411—3413 (
Э
310—
Э
330)
можно
использовать
следующие
параметры
петли
гистерезиса
:
95
Hc
=
A/
м
,
1.2
Br
=
Тл
,
1.75
Bs
=
Тл
.
Примем
следующие
конструктивные
параметры
нелинейной
индуктивности
,
предназначенной
для
моделирования
параметров
трансформатора
источника
постоянного
тока
:
0.1
Lm
=
м
,
0
Lg
=
м
,
4
1.1 10
A
−
=
⋅
м
2
,
6000
N
=
витков
.
В
основе
модели
нелинейного
трансформатора
(
на
рис
. 37
обведен
пунктирной
линией
)
лежит
всё
тот
же
идеальный
трансформатор
L1, L2.
Здесь
он
служит
для
имитации
гальванической
развязки
и
коэффициента
трансформации
.
Нелинейная
индуктивность
L3,
подключена
параллельно
первичной
(
или
вторичной
)
обмотке
идеального
трансформатора
.
Чтобы
не
возникала
ошибка
моделирования
(
запрет
на
параллельное
включение
индуктивностей
),
нужно
последовательно
с
индуктивностью
L3
включить
низкоомное
сопротивление
R2 (
или
указать
последовательное
сопротивление
в
меню
настройки
индуктивности
).
Так
как
обмотки
идеального
трансформатора
теперь
полностью
связаны
,
то
последовательно
с
первичной
и
вторичной
обмотками
надо
включить
индуктивности
рассеяния
L4
и
L5,
которые
имитируют
поля
рассеяния
реального
трансформатора
.
Индуктивности
L1, L2, L4, L5 —
линейные
и
настраиваются
описанным
ранее
способом
,
согласно
табл
. 5.
Таблица
5.
Значения
параметров
индуктивностей
в
модели
трансформатора
Поз
.
обозначение
Inductance[H]
(
Индуктивность
[
Гн
])
Series Resistance[
Ω
] (
Последовательное
сопротивление
[
Ом
])
L1 700
—
L2 1.59
—
L4 350m
100
L5 0.8m
1
Теперь
,
щёлкнув
правой
кнопкой
мышки
по
символу
L3,
вызовем
меню
настройки
и
впишем
определённый
ранее
перечень
параметров
в
строку
Inductance
(
Индуктивность
):
95
Hc
=
,
1.2
Br
=
,
1.75
Bs
=
,
0.1
Lm
=
,
0
Lg
=
,
0.00011
A
=
,
6000
N
=
.
После
ввода
всех
параметров
,
при
помощи
иконки
на
панели
инструментов
,
раздвинем
позиционные
обозначения
и
строки
параметров
таким
образом
,
чтобы
они
друг
друга
не
заслоняли
и
хорошо
читались
(
рис
. 37).
Рис
. 37.
Схема
модели
маломощного
источника
постоянного
тока
с
нелинейным
трансформатором
.
На
рис
. 38
изображено
состояние
после
окончания
моделирования
.
В
окно
плоттера
выведены
диаграммы
:
•
( 004)
V n
—
напряжение
на
вторичной
обмотке
трансформатора
;
•
( 005)
V n
—
напряжение
на
резисторе
R1;
•
( 4) * 21
I L
—
ток
первичной
обмотки
,
приведённый
ко
вторичной
обмотке
(
умножен
на
коэффициент
трансформации
);
•
( 5)
I L
—
ток
вторичной
обмотки
.
Рис
. 38.
Состояние
после
окончания
моделирования
источника
постоянного
тока
с
нелинейным
трансформатором
.
На
диаграмме
тока
первичной
обмотки
( 4) * 21
I L
,
кроме
небольшой
составляющей
намагничивания
,
виден
отрицательный
импульс
тока
,
который
отсутствовал
в
случае
использования
линейного
трансформатора
.
Этот
импульс
не
связан
с
током
нагрузки
(
в
это
время
ток
во
вторичной
обмотке
отсутствует
)
и
,
следовательно
,
вызван
односторонним
насыщением
сердечника
трансформатора
.
Насыщение
происходит
в
конце
отрицательного
полупериода
сетевого
напряжения
,
когда
индукция
в
сердечнике
достигает
своего
максимального
значения
.
К
сожалению
,
в
LTspice
нет
встроенной
функции
,
позволяющей
отобразить
траекторию
перемагничивания
магнитного
сердечника
.
Но
данную
проблему
можно
решить
,
добавив
простейший
тестовый
узел
в
модель
источника
питания
(
рис
. 39).
Рис
. 39.
Тестовый
узел
,
позволяющий
наблюдать
траекторию
перемагничивания
магнитного
сердечника
.
Тестовый
узел
построен
на
двух
источниках
тока
, G1
и
G2,
управляемых
напряжением
,
которые
используются
для
измерения
и
нормирования
отображаемых
параметров
.
Известно
,
что
скорость
изменения
индукции
в
сердечнике
прямо
пропорциональна
приложенному
напряжению
U
и
обратно
пропорциональна
площади
сечения
A
и
виткам
обмотки
N
.
dB
U
dt
A N
=
⋅