Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

Компьютерное моделирование в настоящее время является основным инструментом исследования, которое позволяет просчитать различные режимы работы электротехнического устройства и предсказать его поведение в аварийных режимах работы. Оно сочетает в себе малые затраты на проведение научных исследований и высокую эффективность.

В настоящее время разработка надежных бесконтактных устройств для регулирования напряжения нагрузки, ограничения токов КЗ или улучшения качества напряжения в схемах питания мощных электроприемников и их последующее внедрение невозможны без изучения электромагнитных и коммутационных процессов в переходных режимах работы, когда происходит перевод устройства из одного режима работы в другой. Учет характера таких динамических процессов необходим для определения оптимального алгоритма работы устройства. Это, в свою очередь, обеспечит минимальную перегрузку элементов силовой цепи устройства, а также позволит осуществлять надежную коммутацию полупроводниковых вентилей (тиристоров).

Трансформаторно-тиристорные преобразователи - это, как правило, мощные устройства силовой электроники, работающие на высоких напряжениях. Проектирование и создание таких устройств требует огромных капитальных затрат. При этом выход устройства из строя во время испытаний недопустим. Таким образом преимущества имитационного компьютерного моделирования перед физическим становятся очевидными.

Для построения компьютерной модели устройства силовой электроники необходимо по предварительно составленным схемам замещения составить математическую модель на основании законов Кирхгофа. По полученной математической модели с использованием специализированных программных пакетов строится компьютерная модель. Данные программные пакеты должны позволять проводить анализ электромагнитных процессов в схемах повышенной сложности, неоднократно изменяющих свою топологию в течение времени моделирования. Существуют также специализированные программные пакеты для исследования электрических схем, в них упрощена процедура создания математической модели, т.е. существует набор готовых моделей блоков электротехнических устройств, из которых составляется нужная схема.

Наиболее распространенными программными комплексами такого типа являются PSpice, DesignLab, MicroCap и WorkBench. В последнее время для моделирования трансформаторно-тиристорных устройств силовой электроники применяют систему MATLAB 7 и один из ее основных пакетов Simulink 6.1, образующих совместно среду визуального имитационного и событийно управляемого моделирования с обширными инструментальными возможностями и богатейшими библиотеками блоков, в том числе по электроэнергетике и силовой электронике. Данный программный продукт обладает наиболее широкими возможностями для моделирования даже очень сложных электрических цепей, позволяет рассчитывать переходные процессы, протекающие в схемах с нелинейными элементами. Даже при отсутствии элемента в библиотеке пакета исследователь имеет возможность самостоятельно разработать его модель, для чего ему предварительно необходимо составить математическую модель, отразив в ней зависимость между током и напряжением на зажимах элемента. Такой подход позволяет использовать при моделировании различные уровни сложности модели, т.е. учитывать или игнорировать, в зависимости от конкретных условий и задач, любые внутренние факторы, влияющие на работу устройства.

Тем самым MATLAB позволяет наиболее эффективно решать задачи компьютерного моделирования сложных электротехнических устройств, обеспечивая тем самым высокую скорость и точность расчетов. Результаты исследований, проведенных на компьютерных моделях могут в дальнейшем успешно использоваться при разработке и внедрении новых типов устройств силовой электроники.

Работа представлена на заочную электронную конференцию «Компьютерное моделирование», 15-20 мая 2006 г. Поступила в редакцию 22.12.2006 г.