Моделирование системы стабилизации напряжения тяговых подстанций городского электротранспорта в среде OrCAD 9. 2

s akustoopticheskoj kommutaciej kanalov [Tekst] / A.I. Davydov, A.A. Muhamadiev, M.A. Urakseev // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. - 2013. - № 1. - T. 9. - S. 80-83.

5. Bahaa E.A. Fundamentals of photonics [Text]/ Saleh E.A. Bahaa, Saleh, C.T. Malvin. - A Wiley-Interscience publication, 1991. - S. 85-95.

6. Siegman A.E. Lasers: university science books [Text] / A.E. Siegman. - Mill Valley, California, 1986. - S.664-672.

7. Self S.F. Focusing of spherical Gaussian beams [Text] / S.F. Self //Applied optics. - 1983. - Vol. 22, № 5. - S. 658-661.

Шапиро С.В. Shapiro S. V.

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Физика» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный университет экономики и сервиса», Россия, г. Уфа

Муфтиев С.Р. Muftiev S.R.

аспирант кафедры «Физика» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный университет экономики и сервиса», Россия, г. Уфа

УДК 621.313

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА В СРЕДЕ ORCAD 9.2

Статья посвящена вопросам исследования модели системы стабилизации напряжения (ССН) тяговых подстанций городского электротранспорта в среде OrCAD 9.2. Рассматриваются вопросы построения модели с использованием стандартной библиотеки пакета OrCAD 9.2, получения статических, динамических и нагрузочных характеристик.

Данная компьютерная модель ССН позволяет получить предварительные данные о работе системы стабилизации в различных режимах и может быть использована при разработке различных преобразователей.

Ключевые слова: модель системы стабилизации напряжения тяговых подстанций городского электротранспорта, OrCAD 9.2.

MODELING OF THE SYSTEM OF STABILIzATION OF VOLTAGE OF TRACTION SUBSTATIONS OF CITY ELECTRIC TRANSPORT IN THE SISTEM ORCAD 9.2

The article is devoted to research of the model of the system of stabilization of voltage of traction substations of city electric transport in the environment, OrCAD 9.2. Deals with the construction of the model using a standard library OrCAD 9.2, retrieve static, dynamic and load characteristics.

The resulting computer model of stabilization sistem allows to obtain preliminary data on the performance of stabilization in different modes and can be used when developing various converters.

Key words: model of the system of stabilization of voltage of traction substations of city electric transport, OrCAD 9.2.

На рис. 1 дана схема компьютерной модели системы стабилизации напряжения тяговых подстанций городского электротранспорта, разработанная в научно-исследовательской лаборатории кафедры физики УГУЭС совместно с производственно-техническим отделом МУЭТ г. Уфы.

Основу системы составляет программа PSpice, которая является наиболее известной модификаци-

ей программы схемотехнического моделирования SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), разработанной в начале 70-х годов в Калифорнийском университете г. Беркли [1]. Инвертор на этой модели представлен транзисторами Z1-Z4 (СМ600НА-12Н), модели взяты из стандартной библиотеки IGBT пакета OrCAD 9.2. На рис. 2 представлены данные PSpice-модели СМ600НА-12Н [2].

Рис. 1. Модель системы стабилизации напряжения тяговых подстанций в пакете OrCAD 9.2

Рис. 2. Данные PSpice-модели СМ600НА-12Н

На рис. 3 показаны диаграммы напряжений при работе системы стабилизации в различных режимах.

Управление транзисторами 21-24 осуществляется четырехканальным широтно-импульсным моду-

лятором на базе операционных усилителей и 1А-и4А и ключей S 1^4. Работа всех каналов ШИМ идентична, поэтому рассмотрим только один из них (канал управления 21) [3].

Рис. 3. Диаграммы напряжений при работе системы стабилизации: а - форма напряжения на входе и на выходе автотрансформатора; б - форма напряжения на выходе выпрямителя при полностью открытых модулях 21- 24; в - форма напряжения на выходе выпрямителя при открытых на 50 % модулях 21-24

Операционный усилитель ША и диод D1 выполняют функцию компаратора, на инвертирующий вход которого подается опорное напряжение и19, пропорциональный напряжению и

На рис. 4 показан график зависимости ивых ССН при повышении напряжения нагрузки тяговой подстанции и при понижении напряжения.Управление ОУ и2А, иЗА происходит таким же образом, за исключением того, что сигналы задающих генераторов сдвинуты по фазе на 100 мкс, период сигнала равен 200 мкс:

Р = 1 с /5000 Гц = 0,2 10-3 мс = 200 мкс. Итак, сигнал с инвертора в виде прямоугольных импульсов с частотой 5 кГц поступает на вход автотрансформатора, который предназначен для повы-

шения амплитуды напряжения. Коэффициент трансформации составляет 0,6, т. е. зависимость входного и выходного напряжений автотрансформатора выглядит следующим образом: иых = 1,6-и[3].

Далее, по схеме напряжение с выхода автотрансформатора подается на выпрямитель по мостовой схеме на диодах D5-D8 (ВУТ12Р-600) [4].

На рис. 5 показана нагрузочная характеристика ССН, зависимость напряжения на выходе системы от потребляемого тока с ССН и без ССН. График зависимости с ССН составлен по результатам моделирования, а без ССН характеристика составлена по результатам наблюдений приборов на тяговой подстанции № 36 МУЭТ г. Уфы.

На рис. 6 показана регулировочная характери-

а)

б)

Рис. 4. График зависимости и ССН при: а) повышении напряжения и ТП; б) понижении напряжения и ТП

у 1 нагр. 7 у 1 нагр.

Рис. 5. Нагрузочная характеристика

Рис. 6. Регулировочная характеристика

стика ССН, зависимость выходного напряжения от колебания напряжения на входе.

Из рисунка видно, что при работе ССН в режиме холостого хода выходное напряжение немного выше по сравнению с работой системы при номинальной нагрузке [5].

Вывод. Результаты исследования модели системы стабилизации в среде OrCAD 9.2 показали:

1. При колебании входного напряжения от 350 до 700 В выходное напряжение колеблется от 580 до 600 В.

2. Время динамических процессов в ССН не превышает 4 мс.

Список литературы

1. Болотовский Ю.И. OrCAD. Моделирование «Поваренная книга» [Текст] / Ю.И. Болотовский, Г.И. Таназлы - М.: Солон-пресс, 2005. - 200 с.

2. Модели в PSpice [Электронный ресурс]. -URL: http://pspicelib.narod.ru/07_imp_models/imp_ models.htm (дата обращения: 01.03.2012).

3. Самоучитель по OrCAD [Электронный ресурс]. - URL: http://lib.qrz.ru/book/export/html/6918 (дата обращения: 01.02.2011).

4. Datasheetcatalog.com [Электронный ресурс].

- URL: http://www.datasheetcatalog.com (дата обращения: 15.02.2013).

5. Шапиро С.В. Система стабилизации напряжения тяговых подстанций городского электротранспорта [Текст] / С.В. Шапиро, С.Р. Муфтиев // Электротехника. - 2010 - № 3. - С. 40-46.

References

1. Bolotovskij Ju.I. OrCAD. Modelirovanie «Povarennaja kniga» [Tekst] / Ju.I. Bolotovskij, G.I. Tanazly. - M.: Solon-press, 2005. - 200 s.

2. Modeli v PSpice [Jelektronnyj resurs]. - URL: http://pspicelib.narod.ru/07_imp_models/imp_models. htm (data obrashhenija: 01.03.2012).

3. Samouchitel' po OrCAD [Jelektronnyj resurs].

- URL: http://lib.qrz.ru/book/export/html/6918 (data obrashhenija: 01.02.2011).

4. Datasheetcatalog.com [Jelektronnyj resurs].

- URL: http://www.datasheetcatalog.com (data obrashhenija: 15.02.2013).

5. Shapiro S.V Sistema stabilizacii naprjazhe-nija tjagovyh podstancij gorodskogo jelektrotransporta [Tekst] / S.V. Shapiro, S.R. Muftiev // Jelektrotehnika.

- 2010. - № 3. - S. 40-46.