Моделювання схем джерел електроживлення зварювальної дуги в MATLAB / SIMULINK

Abstract

UK: Мета роботи. Створення віртуальних блоків і імітаційних лабораторних стендів для вивчення і всебічного дослідження динамічних властивостей зварювальних джерел живлення. Методи дослідження. Огляд літературних джерел за тематикою, імітаційне моделювання електромагнітних процесів у програмному середовищі MATLAB, порівняльний аналіз отриманих та наявних даних. Отримані результати. Виконано порівняльний аналіз засобів моделювання джерел живлення зварювальної дуги. Одним з основних параметрів, за якими порівнювалися середовища, є функціональні можливості. З розглянутих симуляторів найбільш ефективним при моделюванні розглянутих систем є Simulink програмного середовища MATLAB. Використовуючи спеціальні можливості її користувач може не тільки імітувати, а й аналізувати роботу установки в часі. Побудовано математичні та функціональні моделі джерел живлення зварювальної дуги із застосуванням елементів SimPowerSystems і блоків з бібліотеки Simulink із залученням самої системи MATLAB, що істотно розширює можливості для моделювання таких систем. Математизація тих чи інших процесів в деякій мірі показує і рівень достовірності отриманих результатів та ступінь їх наукового відпрацювання. Розроблені моделі виконують роль лабораторії, що дозволяє задавати і досліджувати будь-які режими і характеристики. Наведено чисельні експерименти і порівняльний аналіз чисельного та натурного експериментів. Експериментальна перевірка отриманих результатів на конкретних прикладах показала актуальність поставленої задачі і коректність її рішення. Подальші дослідження пов'язані з розширенням кола модельованих джерел електроживлення електричної дуги, всебічним дослідженням їх динамічних властивостей і основних характеристик, з експериментальною перевіркою розроблених моделей, а також з порівняльним аналізом і формуванням рекомендацій щодо вдосконалення моделей. Наукова новизна. Отримав подальший розвиток метод схемотехнічного моделювання електричних і електронних схем загального призначення шляхом поширення його на новий клас об'єктів – системи електроживлення електротехнологічних установок. Практична цінність. Побудова математичних і функціональних моделей складних систем із залученням MATLAB дозволяє враховувати їх основні особливості, істотно розширює можливості для моделювання, вивчення і дослідження джерел живлення. На основі запропонованого підходу були розроблені і побудовані імітаційні лабораторні стенди конкретних джерел живлення, що дозволяють задавати і досліджувати їх будь-які режими і характеристики. EN: Purpose. Creation of virtual blocks and simulation laboratory stands for the study and comprehensive research of the dynamic properties of welding power supplies. Methodology. Review of literary sources on the subject, simulation modeling of electromagnetic processes in the MATLAB software environment, comparative analysis of obtained and available data. Findings. The comparative analysis of means of modeling of power sources of a welding arc is executed. One of the main parameters by which the environments were compared is functionality. Among the considered simulators, Simulink of the MATLAB software environment is the most effective one in the considered systems modeling. Using special features, its user can not only simulate, but also analyze the operation of the over time installation. Mathematical and functional models of welding arc power supplies were built using SimPowerSystems elements and blocks from the Simulink library with the involvement of the MATLAB system itself, which significantly expands the possibilities for such systems modeling. Mathematization of certain processes to some extent shows the level of reliability of the results and the degree of their scientific development. The developed models act as a laboratory, which allows you to set and explore any modes and characteristics. Numerical experiments and comparative analysis of numerical and field experiments are given. Experimental verification of the obtained results on specific examples showed the relevance of the problem and the correctness of its solution. Further research is related to the expansion of the range of simulated power sources of the electric arc, a comprehensive study of their dynamic properties and basic characteristics, experimental verification of the developed models, as well as comparative analysis and development of recommendations for model improvement. Originality. The method of circuit modeling of general-purpose electrical and electronic circuits was further developed by extending it to a new class of objects - the power supply system of electrical installations. Practical value. Construction of mathematical and functional models of complex systems with the involvement of MATLAB allows to take into account their main features, significantly expands the possibilities for modeling, study and research of power supplies. Based on the proposed approach, simulation laboratory stands of specific power supplies were developed and built, which allow to set and study any modes and characteristics.