OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Когда используется трансформатор с магнитопроводом из электротехнической стали, нелинейность характеристики магнитопровода влияет на форму тока вторичной обмотки. Чтобы показать это, рассмотрим схему (рис. 13.6), на которой представлен трансформатор, к первичной обмотке которого подключен источник тока. Параллельно источнику тока подключен резистор R₁, поскольку трансформатор нельзя подключать к идеальному источнику тока.

Рис. 13.6. Схема замещения трансформатора со стальным магнитопроводом

Первичная и вторичная обмотки содержат по 150 витков. Входной файл:

Iron-Core Transformer

i 0 1 sin (0 1А 60Hz)

R1 1 0 1k

L1 1 0 150 ; число витков первичной обмотки = 150

L2 2 0 150 ; число витков вторичной обмотки = 150

R2 2 0 1

K1 L1 L2 0.9999 KT

.model KT core ;- используется модель магнитопровода по умолчанию

.options ITL5 = 0

.tran 1ms 16.67ms

.end

Проведите анализ и получите в Probe графики i(R2) и i(L1). Убедитесь в том, что хотя первичный ток имеет форму синусоиды, вторичный ток сильно искажен. Эти графики приведены на рис. 13.7.

Рис. 13.7. Искажения формы тока вторичной обмотки трансформатора при сильном насыщении магнитопровода

Измените значение R₂ и/или число витков каждой обмотки и сравните результаты с полученными ранее. Чтобы показать, что получается при меньшей степени насыщения, используйте следующий входной файл:

Iron-Core Transformer with Less Saturation

I 0 1 sin (0 1A 60Hz)

R1 1 0 1k

L1 1 0 10; 10 витков первичной обмотки

L2 2 0 150; 150 витков вторичной обмотки

R2 2 0 1

K1 L1 L2 0.9999 KT

.model KT core

.options ITL5 = 0

.tran 1ms 16.67ms

.probe

.end

Выполните анализ и получите в Probe графики i(R₂) и i(L₁)/20. Последний график масштабирован, чтобы облегчить сравнение двух кривых. Из рис. 13.8, где представлен результат моделирования, можно видеть, что обе кривые — почти синусоидальны. Однако вторичный ток по-прежнему несколько искажен.

Рис. 13.8. Искажения формы тока вторичной обмотки трансформатора при допустимом насыщении магнитопровода

Вы можете попробовать несколько других сочетаний сопротивления и числа витков, чтобы лучше понять, как работает основная модель. Вы обнаружите, что для некоторых сочетаний процесс моделирования в PSpice не сходится. 

Использование ключа, управляемого напряжением, для моделирования нелинейного резистора

Другой способ получения нелинейного резистора состоит в использовании ключа, управляемого напряжением или током. Такой ключ может размыкаться или замыкаться в зависимости от значения напряжения или тока в другой части схемы. 

На рис. 13.9 представлен ключ, управляемый напряжением, включенный последовательно с источником напряжения V=10 В и резисторами R_i=50 Ом и R_l=50 Ом. Если выбрать напряжение V в качестве управляющего, то ключ может замыкаться при достижении напряжением заданного значения.

Рис. 13.9. Модель нелинейного сопротивления с ключом, управляемым напряжением

Ключ в замкнутом состоянии имеет номинальное значение сопротивления RON=1 Ом, а в разомкнутом состоянии ROFF=1 МОм. Сопротивление в разомкнутом состоянии вводится, чтобы предотвратить появление узла с плавающим потенциалом. Модель вводится с помощью команды, включающей имя vswitch и описание режима переключения. Чтобы определить условия, при которых ключ находится в замкнутом и разомкнутом состояниях, выберите напряжение включения VON=3 В и используйте для напряжения выключения VOFF, значение, заданное по умолчанию VOFF=0. Входной файл:

Voltage-Controlled Switch

v 1 0 10V

Ri 1 2 50

RL 3 0 5 0

S 2 3 1 0 S1; имя ключа, управляемого напряжением, должно начинаться с S

.model SI vswitch(RON=1 ROPF=1E6 VON=3V VOPF=0)

.dc v 0 10V 0.05V

.probe

.end